Sprechende Tomaten und hungrige Raupen: Weitere Geheimnisse der Pflanzenkommunikation entschlüsselt
Pflanzen können erstaunliche Dinge tun. Als ob die Wunder der Photosynthese nicht schon genug wären - die Produktion von Sauerstoff aus der Sonne, die praktisch alles Leben auf der Erde ermöglicht - haben Menschen außerdem mit Pflanzen an einigen verblüffenden Projekten zusammengearbeitet.
Wissenschaftler:innen haben Spinat beigebracht, E-Mails zu verschicken, Strom aus Sträuchern erzeugt und herausgefunden, wie Pflanzen ihren Nachkommen beibringen, sich an den Klimawandel anzupassen
Doch einige der Dinge, die der Mensch den Pflanzen antut, schränken auch ihre Kräfte ein, wie eine neue Studie über Tomaten zeigt.
Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign haben untersucht, was passiert, wenn Tomaten von "Freunden" und "Feinden" - nützlichen Bodenmikroben und Raupen - besucht werden. Ihre Ergebnisse geben uns einen tieferen Einblick in den Kommunikationsstil einer der schmackhaftesten Früchte der Welt.
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Esther Ngumbi, Assistenzprofessorin für integrative Biologie an der Universität und Mitverfasserin der jüngsten Studie, ist vom "Evangelium der Pflanzenchemie" überzeugt.
"Die Menschen neigen dazu zu denken, dass Pflanzen nicht intelligent sind, aber unsere Studien haben gezeigt, dass sie aktiv auf ihre Umwelt reagieren, indem sie Chemie einsetzen", sagt sie.
Wie kommunizieren Pflanzen?
Die Pflanzenchemie, so Ngumbi weiter, ist die Sprache, mit der die Pflanzen kommunizieren. Sie erfolgt in Form von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), die sie produzieren, um die Außenwelt beeinflussen.
VOCs können von Pflanzen aus verschiedenen Gründen ausgesendet werden - etwa um eine Verletzung zu signalisieren, ihre Abwehrkräfte vorzubereiten oder um sich gegenseitig vor Gefahren in der Umwelt zu warnen. Manchmal können auch Menschen diese Signale wahrnehmen - zum Beispiel zu den Duft von gemähtem Gras.
Diese chemischen Botschaften können auch genutzt werden, um nützliche Bodenmikroben zu rekrutieren, die das Pflanzenwachstum fördern, wie z. B. arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMF). Oder sie signalisieren Raubinsekten, dass ein Schädling an ihren Blättern nagt, den sie loswerden wollen.
"Wenn eine Raupe an einem
Blatt nagt, sendet die Pflanze ein Signal aus, das die Fressfeinde der Raupe auf den Plan ruft. Es ist wie eine Reklametafel, die ihnen sagt, wo es Mittagessen gibt", erklärte Erinn Dady, eine weitere Mitautorin der Studie, dem Team am Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB).
Da sie vor Gefahren nicht weglaufen können, bietet diese Art des chemischen Kampfes den Pflanzen die besten Überlebenschancen. Und das Verständnis der Faktoren, die die VOC-Emissionen beeinflussen, hilft uns, ihnen zu helfen.
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Aufbauend auf Forschungsarbei
ten, die sich mit der Frage befassen, wie Bodenmikroben oder Raupen VOCs beeinflussen können, wollten die Forscher die kollektiven Auswirkungen von Freund und Feind untersuchen.
Um das Untersuchungsfeld zu erweitern, untersuchten sie nicht nur industriell gezüchtete Tomaten, sondern auch vier verschiedene Sorten, die häufig von kleineren Landwirten in Illinois angebaut werden. Ausgewählt wurden zwei Hybride - Mountain Fresh und Valley Girl - und zwei biologische Erbstücke, Amish Paste und Cherokee Purple.
Bei diesen vier Sorten verglichen die Forscher die Reaktionen von Pflanzen, die in Ruhe gelassen wurden, mit denen, die AMF, Raupen oder beidem ausgesetzt waren. Die acht Wochen alten Pflanzen wurden eine Stunde lang in einen geruchshemmenden Ofenbeutel eingeschlossen, um die von ihnen freigesetzten flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) aufzufangen. Diese Luft wurde dann auf ihre verschiedenen chemischen Bestandteile analysiert.
Die Ergebnisse waren ... etwas verwirrend. Bei separater Zugabe von AMF und Raupen verringerten sich die flüchtigen Emissionen aller vier Pflanzensorten. Und die Emissionen änderten sich nicht wesentlich, wenn beide vorhanden waren. Es ist nicht ganz klar, warum die Nutzpilze die VOC-Emissionen verringerten und warum die Pflanzen nicht stärker auf die fressenden Raupen reagierten.
Eine wichtige Erkenntnis ist jedoch, dass die Hybridtomaten geringere Mengen an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) ausstoßen als ihre Erbstück-Nachbarn.
"Heirloom-Tomaten - die großen, saftigen Tomaten, die wir alle lieben - werden auf Geschmack gezüchtet. Hybride hingegen werden für die konventionelle Großproduktion gezüchtet, was die Pflanze kostet", sagt Ngumbi.
"Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass wir die Abwehrkräfte der Pflanzen durch unsere Züchtungsprozesse beeinträchtigen."
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Warum wuchsen die von den Raupen angefressenen Pflanzen mehr?
Die Tomatentests ergaben noch ein weiteres verblüffendes Ergebnis, das die Forscher:innen auf eine neue Spur geführt hat.
Sie maßen auch das Wachstum der Pflanzen über der Erde und im Boden. Es überrascht nicht, dass die Pflanzen mit Pilzverbindungen mehr Blätter und komplexere Wurzelstrukturen entwickelten. Ein weiterer Beweis dafür, wie unglaublich und nützlich Pilze sein können.
"AMF bilden Partnerschaften mit mehr als 80 Prozent der Landpflanzen und gehen einen Handel ein, bei dem die Pilze Nährstoffe aus dem Boden im Austausch gegen Kohlenstoff aus den Pflanzen gewinnen", erklärt Dady. "Wir haben herausgefunden, dass AMF, insbesondere bei Cherokee Purple, zusätzliche Vorteile bringen können, einschließlich eines verstärkten Wachstums und einer größeren Emission von VOCs."
Aber auch die mit Raupen behandelten Pflanzen wuchsen stärker.
"Diese
Pflanzen hatten mehr
Biomasse sowohl in den Wurzeln als auch oberhalb des Bodens, was kontraintuitiv erscheint, weil sie aktiv gefressen worden sind. Ich würde annehmen, dass sie weniger Biomasse haben", so Dady auf der Website der Universität.
"Es ist möglich, dass die Raupen eine Wachstumsreaktion ausgelöst haben, ähnlich wie man einen Baum beschneidet, damit er neues Wachstum hervorbringt", so Ngumbi, der auch darüber spekulierte, dass die Pflanzen sich von der Anzahl der Raupen nicht gestört fühlten und deshalb weiterwuchsen. Oder dass die Raupen nicht hungrig genug waren, um wirklichen Schaden anzurichten.
"Hinter den Kulissen spielt sich eine Menge ab, was wir noch nicht verstehen", fügte Dady hinzu. Es gibt noch viele weitere Hinweise auf Dialoge, die die Forscher:innen aufgreifen können.