Forschung

Die Eiche, die twittert

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Als Charles Darwin vor mehr als 100 Jahren seine Beobachtungen über die Sinneswahrnehmungen von Pflanzen veröffentlichte, da war die prächtige Stieleiche, die heute im Botanischen Garten der Universität Erlangen steht, schon ein junger Baum. Was hat sie nicht alles erlebt?

Weder Klimakapriolen noch saurer Regen, stickiges Bodenozon, Feinstaub oder Raupenplagen konnten ihr etwas anhaben. Zum Leidwesen der Wissenschaft kann der Baum aber darüber nicht sprechen.

Deshalb installieren Wissenschaftler moderne Technik, um mehr über die Pflanzen zu erfahren. Die alte Stieleiche im Botanischen Garten in Erlangen haben sie mit Messgeräten ausgestattet. Sie sollen Aussagen über die Gesundheit des Baumes liefern, der stellvertretend für viele Artgenossen in der Stadt steht. Neben Umweltdaten, die von einer an der Eiche angebrachten Wetterstation stammen, überwachen Sensoren am Baum den Gesundheitszustand. Ein Saftflussmesser registriert, wie viel Wasser die Eiche im Boden aufnimmt und zu den Blättern transportiert. Ein Dendrometer zeichnet den Dickenzuwachs des Baumes auf und ermöglicht Rückschlüsse auf den Jahresverlauf der Fotosynthese. Die Daten fließen in das Forschungsprojekt "Bäume im Klimawandel" ein und sind online abrufbar, denn der "sprechende" Baum hat seine eigene Website: www.talking-tree.de - und einen eigenen Twitter-account. Eine Spezialsoftware übersetzt die Daten in verständliche Informationen, die über Wohl und Wehe der alten Eiche berichten.

Die Erlanger Forscher vermessen viele Bäume in Städten und ländlichen Regionen, um zu klären, ob und wie Bäume sich in Zeiten des Klimawandels an ihre Standorte anpassen. Das gelingt nicht allen Arten gleich gut, sagt Projektwissenschaftlerin Cathrin Meinardus: "Bisherige Studien zeigen, dass die bei uns vorherrschenden Wälder aus Buchen und Eichen weniger anfällig gegenüber den zu erwartenden Veränderungen sind. Nasse Frühjahre und trocken-heiße Sommer machen diesen Arten weniger zu schaffen."

Wie Pflanzen sich gegen die Auswirkungen von Klimaextremen wappnen, interessiert auch Anke Jentsch, Professorin für Störungsökologie an der Universität Bayreuth. Zusammen mit Julia Walter vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig hat sie eine erstaunliche Entdeckung gemacht: "Pflanzen können sich an Zeiten der Dürre erinnern und sich daher bessern schützen, wenn sie erneut unter Wassermangel leiden." Das zeigen ihre Versuche am Glatthafer, einem in Europa weit verbreiteten Wiesengras. Jentsch und Walter zogen zunächst junge Pflanzen unter normalen Umweltbedingungen auf. Dann wurde ein Teil davon gut zwei Wochen lang nicht mehr bewässert. Die Kontrollgruppe wurde weiter gegossen. Anschließend wurden die Blätter aller Pflanzen abgeschnitten. So war sichergestellt, dass wieder austreibende Blätter in allen Fällen keine Dürreerfahrungen gemacht hatten. Danach mussten beide Gruppen für gut zwei Wochen ohne Wasser auskommen.

Schutzreaktion vor Dürre

Das Ergebnis: Die "vorgewarnten" Pflanzen überstanden die Dürre besser. Der Vergleich zwischen den beiden Pflanzengruppen am Ende der zweiten Trockenperiode förderte einige signifikante Abweichungen zutage. Bei den Gräsern, die bereits zuvor eine Trockenperiode überstanden hatten, hatte ein um sieben Prozent größerer Anteil der Blätter die Dürre überlebt als bei den unvorbereiteten Kontrollpflanzen. Offenbar Ergebnis einer Schutzreaktion. "Wie es scheint, besitzen Pflanzen ein Erinnerungsvermögen", sagt Jentsch. Weitere Untersuchungen sollen nun die Details klären.

Pflanzen haben sogar ein lernfähiges Immunsystem entwickelt, um sich besser an Umweltveränderungen anzupassen. Sie greifen dabei auf denselben molekularen Signalträger zurück, der auch bei Säugetieren Immunreaktionen auslöst: Stickstoffmonoxid. Es aktiviert bei Pflanzen eine Signalkette zur Abwehr von Krankheitserregern.

Pflanzen setzen bei der Abwehr auch auf ein elektrisches Alarmsystem. Tabak- und Tomatenpflanzen lösen bei Verletzung elektrische Reize aus. Diese ähneln Aktionspotenzialen wie sie Nervensignalen zugrunde liegen, die bei Mensch und Tier beispielsweise durch Schmerzreize verursacht werden. Die Pflanzen regen so die Produktion von Abwehrstoffen an. Wie Frantisek Baluska und Stefano Mancuso von den Universitäten Bonn und Florenz entdeckten, nutzen Maispflanzen das elektrische Signalsystem auch, um damit Informationen zu verbreiten. Stoßen Maiswurzeln nach einer längeren Durststrecke auf Wasser im Boden, senden sie mithilfe kleiner Stromstöße eine Botschaft an den Spross. Die elektrischen Entladungen, die dabei von einer zentralen Zellgruppe oberhalb der Wurzelspitze ausgehen, werden mit einer Geschwindigkeit weitergeleitet, wie sie der Ausbreitung von Nervensignalen bei Quallen und Würmern entspricht. Dabei können die Zellen im Koordinationszentrum sogar gehirnähnliche, synchrone Aktivitätsmuster entwickeln.

Um ein echtes Nervensystem handele es sich dabei aber nicht, stellt Mancuso klar: "Pflanzen verfügen über keine Nervenzellen mit Synapsen und deshalb auch nicht über ein Gehirn." Die Forscher vermuten, dass die Pflanzenzellen mithilfe von elektrischen Signalen ihr Verhalten bei der Suche nach Wasser und Nährstoffen koordinieren und Giftstoffen im Boden ausweichen.