Diese seltsame Rebe kann andere Pflanzen nachahmen. Wie?

Jan 17, 2024

Die Biodiversitätskrise, erklärt

Vor mehr als einem Jahrzehnt machte ein Pflanzenökologe namens Ernesto Gianoli einen Waldspaziergang und stieß dabei auf etwas, das sich jeder Erklärung entzieht.

Während seines Nachmittagsausflugs in den Regenwald im Süden Chiles fand er einen bekannten Strauch namens Arrayán. Seine Blätter waren klein, lippenförmig und spitz, was bedeutet, dass sie am Ende spitz zuliefen. Das ist typisch.

Doch als Gianoli genauer hinsah, bemerkte er etwas Merkwürdiges: Nicht alle dieser Arrayán-förmigen Blätter stammten von der Arrayán-Pflanze. Einige von ihnen waren an einem anderen und viel dünneren Stiel befestigt. Als er sie bis zum Waldboden verfolgte, bemerkte er, dass es sich bei dieser anderen Pflanze um eine Weinrebenart namens Boquila trifoliolata handelte.

Dies überraschte Gianoli. Üblicherweise sind die Blätter von B. trifoliolata stumpf mit drei stumpfen Lappen, aber hier sahen sie genauso aus wie die der Arrayán-Pflanze. Es war, als würde B. trifoliolata versuchen, sich im Laub zu tarnen.

Er ging durch den Wald und suchte nach anderen B. trifoliolata-Pflanzen, weil er dachte, dass dies ein Zufall sein könnte. Bemerkenswerterweise hatte etwa die Hälfte der anderen Weinreben, denen er an diesem Nachmittag begegnete, Blätter, die wie andere Pflanzen aussahen – nicht nur wie andere Pflanzen, sondern genau wie die Pflanzen, die neben ihnen wuchsen.

Was Gianoli an diesem Tag entdeckte, ist eine bemerkenswerte Fähigkeit, die möglicherweise nur bei B. trifoliolata zu finden ist: Während die Rebe wächst, kann sie andere Pflanzen in der Nähe nachahmen. „Ich war überwältigt“, sagte Gianoli, Forscher an der chilenischen Universidad de La Serena. „Es war irgendwie ein magischer Moment.“

Seitdem haben Gianolis Forschungen gezeigt, dass B. trifoliolata, die im Süden Südamerikas beheimatet ist, die Blattform, -größe und sogar die Farbe von mehr als einem Dutzend Pflanzen nachahmen kann. Noch unglaublicher ist, dass zwei verschiedene Teile desselben Individuums die Blätter zweier unterschiedlicher Pflanzen nachahmen können, auch wenn sie völlig unterschiedlich aussehen, sagt er. (Obwohl es nur wenige Studien zu dieser Pflanze gibt, erkennen Wissenschaftler im Allgemeinen an, dass sie ihre Form verändern kann.)

Wissenschaftler müssen noch herausfinden, warum genau die Rebe andere Pflanzen nachahmt, obwohl sie ihnen möglicherweise einen gewissen Schutz vor Pflanzenfressern wie Schnecken und Käfern bietet (vorausgesetzt, B. trifoliolata ahmt weniger appetitliche Pflanzen nach). Die spannendere Frage ist jedoch, wie sie das machen. Pflanzen haben weder Gehirn noch Augen. Wie spüren sie also die Form der Blätter um sie herum und kopieren sie dann?

Die Suche nach Antworten hat eine hitzige Debatte in der Pflanzenwelt angeheizt. Auf der einen Seite stehen Mainstream-Botaniker, deren Arbeit auf strengen, wiederholbaren Studien basiert, und auf der anderen Seite eine kleine Gruppe von Forschern, die glauben, dass Pflanzen eine Reihe von Eigenschaften mit Tieren, einschließlich Menschen, teilen. Für die letztere Gruppe unterstützt B. trifoliolata die Idee, dass Pflanzen eine Form des Sehens und vielleicht sogar eine gehirnähnliche Struktur besitzen, um es zu verarbeiten.

Unabhängig vom Mechanismus verschiebt diese eine holzige Rebe – und ihr Mimikry-Schtick – die Grenzen dessen, was wir über Pflanzen wissen.

Pflanzen sind keine Tiere; sie stecken fest. Und das ist einer der Gründe, warum manche Menschen sie im Vergleich zu anderem Leben auf der Erde als etwas langweilig empfinden.

Aber gerade die Tatsache, dass Pflanzen fixiert sind, macht sie so interessant. Sie können nicht vor Raubtieren fliehen oder Beute jagen, deshalb haben sie alle möglichen cleveren Taktiken entwickelt, um zu überleben. „Pflanzen sind viel komplizierter, als man ihnen zutraut“, sagte Elizabeth Haswell, Professorin und Pflanzenbiologin an der Washington University in St. Louis.

Wenn einige Pflanzen beispielsweise von Raupen oder Rasenmähern angegriffen werden, setzen sie eine Reihe chemischer Verbindungen frei, die Schädlinge abwehren oder sogar insektenvernichtende Wespen anlocken können. Tatsächlich besteht ein großer Teil des angenehmen Duftes von frisch geschnittenem Gras aus diesen Chemikalien; Sie riechen buchstäblich das Abwehrsystem des Grases in Aktion. (Keine Sorge, die meisten Wissenschaftler sind sich einig, dass Gras keine Schmerzen empfindet.)

Pflanzen verfügen auch über bemerkenswerte Möglichkeiten, Nahrung zu finden. Die Telegraphenpflanze zum Beispiel passt ihre Blätter so schnell an, dass sie Sonnenlicht finden, sodass Sie in Echtzeit sehen können, wie sie sich bewegt. Und es gibt mehrere hundert fleischfressende Pflanzen, darunter Sonnentau und Venusfliegenfallen, die über ausgeklügelte Mechanismen zum Fangen und Verdauen von Insekten verfügen. (Fliegenfallen können anscheinend zählen; sie schließen nur Beutetiere, die innerhalb von etwa 20 Sekunden nacheinander Auslöserhaare in sich anstoßen.)

All diese Verhaltensweisen helfen Pflanzen, das Leben unbeweglich zu überleben, und widersprechen jeder Vorstellung, dass Pflanzen fade seien.

Mimikry ist ein weiteres Phänomen, das überall in der Pflanzenwelt vorkommt. Eine Art Orchidee zum Beispiel ahmt den Duft und die Form einer weiblichen Schildwespe überzeugend nach. Wenn die Wespe versucht, sich mit der Blüte zu paaren, wird sie mit Pollen bedeckt, was der Pflanze hilft, sich mit anderen weit entfernten Orchideen zu vermehren.

Nach dem Verständnis der Wissenschaftler ist jedoch keine Mimikry mit der von Boquila trifoliolata vergleichbar. Es ist eine Sache, sich so zu entwickeln, dass es wie ein anderer Organismus aussieht, wie die Orchidee. Eine andere Sache ist es, die Fähigkeit zu entwickeln, verschiedene Organismen nachzuahmen, die sich im Laufe des Wachstums verändern.

Als Gianoli seine Entdeckung im Jahr 2014 zum ersten Mal veröffentlichte, konnte er nur vermuten, wie die Rebe ihre Wirkung entfaltet. Er vermutete, dass Boquila trifoliolata möglicherweise Chemikalien aus der Luft auffängt, die von Pflanzen in der Nähe abgegeben werden, oder sogar genetisches Material von den Pflanzen selbst erhält, das Informationen über Blattform und -größe enthält.

Anfang dieses Jahres präsentierte jedoch eine Studie in der Zeitschrift Plant Signaling & Behavior eine alternative, die Augenbrauen hochziehende Theorie: B. trifoliolata nutzt eine primitive Form des Sehens, um andere Pflanzen nachzuahmen. Die Pflanze könne gewissermaßen sehen, behaupteten die Autoren.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass Pflanzen über Photorezeptoren verfügen und die Anwesenheit von Licht oft auf hochentwickelte Weise erkennen können. Laut Simon Gilroy, Professor für Botanik an der University of Wisconsin Madison, können sie beispielsweise die Farbe und Richtung eines Strahls spüren. Das macht die Telegraphenpflanze, wenn sie ihre Blätter dem Licht entgegen dreht.

Doch die neue Studie unter der Leitung von Felipe Yamashita, Doktorand an der Universität Bonn, geht noch einen großen Schritt weiter. Es deutet darauf hin, dass B. trifoliolata linsenartige Zellen in seinen Blättern, sogenannte „Ocelli“, verwendet, um die Form und andere Eigenschaften benachbarter Pflanzen zu erkennen. Dann verarbeitet es diese Informationen irgendwie und verwendet sie, um neue Blätter in ihrem Bild zu bilden.

Yamashita und sein Co-Autor Jacob White (der kein Wissenschaftler ist, sondern zu Hause Pflanzen anbaut) versuchten dies zu testen, indem sie die Mimikrebe neben Plastikpflanzen züchteten. Sie dachten, dass B. trifoliolata, wenn er für seine Nachahmung eine Form des Sehens verwendet, in der Lage sein sollte, jede alte Plastikpflanze zu kopieren. Und laut der Studie könnte es tatsächlich so sein. „Blätter von B. trifoliolata ahmten Blätter der künstlichen Pflanze nach“, heißt es deutlich.

Bei dieser Schlussfolgerung gibt es nur ein Problem: Mainstream-Pflanzenbiologen glauben ihr nicht.

Mehrere Wissenschaftler sagten gegenüber Vox, dass es erhebliche Probleme mit dem Studiendesign gebe. Die Autoren hätten Variablen, die die Blattform beeinflussen können, wie zum Beispiel das Alter der Blätter, nicht ausreichend kontrolliert, sagten sie. Mainstream-Forscher stellen auch die zugrunde liegende Theorie des Pflanzensehens in Frage. Bestimmte Pflanzenzellen können zwar wie Linsen wirken, die Licht fokussieren, aber sie können wahrscheinlich keine detaillierten Bilder erzeugen.

„Ich stehe dieser Arbeit, gelinde gesagt, sehr skeptisch gegenüber“, sagte Lincoln Taiz, emeritierter Professor an der University of California Santa Cruz und Mitherausgeber des Lehrbuchs Plant Physiology and Development. „Die Vorstellung, dass sich die ‚Ocelli‘ wie kleine Augen verhalten, die ein Bild eines Blattes konstruieren können, das es einer Pflanze ermöglichen würde, dieses Blatt nachzuahmen, ist weit hergeholt.“ (Yamashita sagte, er sei an Kritik gewöhnt, weil seine Arbeit die Mainstream-Wissenschaft in Frage stelle. Er fügte hinzu, dass seine jüngste Studie nur ein Experiment sei und das Pflanzensehen nur eine Theorie bleibe, die mehr Unterstützung brauche.)

Taiz und andere Mainstream-Wissenschaftler bestreiten auch die umfassendere Denkweise über pflanzliche Intelligenz, in die das Sehen passt. Eine kleine Gruppe von Forschern, die als Pflanzenneurobiologen bekannt sind, glaubt, dass Pflanzen eine Form von Bewusstsein und Selbstwahrnehmung haben. Einige von ihnen – darunter Yamashitas akademischer Berater Frantisek Baluska – haben auch vorgeschlagen, dass Pflanzen in Teilen ihrer Wurzeln Bündel neuronenähnlicher Zellen haben, die als „gehirnähnliche Kommandozentrale“ fungieren. Dort könnten Pflanzen visuelle Informationen verarbeiten, erzählte mir Baluska.

Um diese Idee zu untermauern, verweist Baluska, Chefredakteur der Zeitschrift Plant Signaling & Behavior, in der die neue Studie veröffentlicht wurde, auf mehrere Merkmale von Pflanzenzellen, die seiner Meinung nach Neuronen ähneln. Er behauptet beispielsweise, dass sie zur Kommunikation dieselben Neurotransmitter wie Tiere wie Glutamat und GABA verwenden und über Synapsen kommunizieren. Er teilte auch Studien mit, die zeigen, wie Pflanzen anfällig für Anästhesie sind – Venusfliegenfallen zum Beispiel schließen sich nicht, wenn sie anästhesiert werden – was darauf hindeutet, dass bestimmte Pflanzenzellen möglicherweise menschlichen Neuronen ähneln.

Aber laut Taiz „ist es keine Überraschung“, diese Neurotransmitter in Pflanzen zu finden. Ihre evolutionäre Präsenz im Leben geht vor Tieren und Nervensystemen zurück. Es gibt auch keine eindeutigen Beweise für Synapsen in Pflanzenzellen, heißt es in einer kürzlich von ihm mitverfassten Übersichtsarbeit, die mehrere andere Gründe anführt, warum eine solche gehirnähnliche Struktur nicht existieren konnte.

(Was die Wirkung von Anästhetika betrifft: Diese Chemikalien können die Bewegung von Pflanzen einfach dadurch hemmen, dass sie den Ionen- und Wasserfluss in Pflanzen stören, sagte Taiz. Ihre Wirkung beweist also nicht, dass Pflanzen tierähnliche Nervensysteme haben. Baluska sagte, Forscher, darunter Taiz „greifen“ seine Theorien schon seit Jahren an und verwiesen Vox auf seine Reaktionen auf ihre Kritik.)

Ein roter Faden in den Theorien der Pflanzenneurobiologie ist, dass Pflanzen fühlende Wesen sind, die bestimmte Merkmale mit Organismen höherer Ordnung wie dem Menschen teilen. Und aus dieser Perspektive kann man sich leicht vorstellen, dass Pflanzen ihre Welt so sehen könnten wie wir. Aber laut Taiz „schenkt die überwiegende Mehrheit der Mainstream-Pflanzenwissenschaftler der Arbeit von ‚Pflanzenneurobiologen‘ nicht viel Glaubwürdigkeit.“

Die Idee von Ranken mit Augen macht Spaß, doch die Mainstream-Theorie hinter der Mimikry ist wohl genauso aufregend. Gianoli und einige andere Forscher glauben, dass die Mimikry von B. trifoliolata in den reichen Gemeinschaften von Bakterien und anderen Mikroben verwurzelt sein könnte, die in und um Pflanzen leben.

Man kann sich Pflanzen als Mini-Ökosysteme vorstellen, die eine große Vielfalt an mikrobiellem Leben beherbergen, ähnlich einem alten Baum in einem Wald, in dem Affen, Eidechsen und Käfer leben. Diese Mikroben – über die Wissenschaftler wenig wissen – spielen eine große Rolle im Leben einer Pflanze und beeinflussen ihre Fähigkeit, sich zu ernähren, zu wachsen und Krankheitserreger zu bekämpfen. Bemerkenswerterweise deuten Forschungsergebnisse darauf hin, dass Mikroben sogar steuern können, welche Gene in der DNA einer Pflanze aktiviert sind, was ihnen in einigen Fällen dabei hilft, unter rauen Bedingungen, wie zum Beispiel salzigem Boden, zu überleben.

Normalerweise, so die Theorie von Gianoli, beeinflussen diese Mikroben hauptsächlich das Leben und die Gene der Pflanzen, auf denen sie leben. Es sei, als ob jede Pflanze und ihre Bakteriengemeinschaft eine Familie seien, die eine einzigartige Sprache teilen, die andere Pflanzen nicht verstehen könnten, sagte er. Boquila trifoliolata kann jedoch möglicherweise mehrere Sprachen sprechen – mit anderen Worten: Die Rebe kann von Mikroben befallen werden, die auf mehreren anderen Pflanzen leben. Der Schlüssel zu seiner Theorie besteht darin, dass diese Mikroben möglicherweise das Aussehen von Blättern steuern.

Einfach ausgedrückt: Diese Hypothese impliziert nicht, dass B. trifoliolata „sieht“, sondern legt vielmehr nahe, dass Mikroben dabei helfen, die Blätter der Pflanze zu formen.

Als wäre das nicht schon seltsam genug, meint Gianoli, dass diese Mikroben dabei möglicherweise auch einen Teil der pflanzeneigenen DNA auf die mimische Rebe übertragen, und zwar über einen komplizierten Mechanismus, der als horizontaler Gentransfer oder HGT bekannt ist. (HGT ist ein weit verbreitetes und äußerst faszinierendes Phänomen, bei dem Gene zwischen nicht verwandten Organismen weitergegeben werden. Einige Bakterien beispielsweise geben Pflanzen Gene, die sie dazu bringen, Gallen oder Tumore zu bilden, die sie nutzen.)

Dies ist nur eine Theorie, und zwar eine ziemlich Randtheorie – wir sprechen von unsichtbaren, mikrobiellen Kräften, die die Form von Blättern beeinflussen, vielleicht um einer Pflanze dabei zu helfen, sich zu verstecken. In einer im letzten Jahr veröffentlichten Studie fand Gianoli jedoch Hinweise darauf, dass Mikroben an der Mimikry beteiligt sind. Das in der Zeitschrift Nature Scientific Reports veröffentlichte Papier enthüllte Ähnlichkeiten zwischen den Bakteriengemeinschaften, die im Laub eines Baumes leben, und den Blättern von B. trifoliolata, die diesen Baum nachahmen.

„Unsere Ergebnisse deuten auf eine Beteiligung bakterieller Wirkstoffe an der Blattmimikry hin“, schrieben Gianoli und seine Co-Autoren in der Arbeit. „Dennoch sind wir noch weit davon entfernt, die HGT-Hypothese zu beweisen.“

Daher müssen Wissenschaftler noch herausfinden, wie Pflanzen andere Pflanzen nachahmen. In den kommenden Monaten werde Gianoli neue Studien durchführen, um herauszufinden, welche Gene im Genom von B. trifoliolata aktiviert werden, wenn es eine andere Pflanze nachahmt, sagte er. Auch Yamashita plant weitere Experimente und versucht, die Pflanze im Labor zu vermehren. Es sei nichts Falsches daran, große oder weit hergeholte Hypothesen aufzustellen, solange man sie teste, sagte Haswell von der Washington University in St. Louis. Das ist es, was die Wissenschaft voranbringt.

Laut Haswell und anderen Forschern kann es jedoch problematisch sein, von der Vorstellung auszugehen, dass Pflanzen eine tierähnliche Intelligenz besitzen. Während Menschen dazu neigen, sich selbst in anderen Organismen zu sehen – seien es Kraken oder Bäume –, bringt uns diese Perspektive nicht näher dazu, diese Lebewesen tatsächlich zu verstehen oder wie sie die Welt sehen. (Vielleicht reden Bäume unter der Erde nicht wirklich.)

„Wir sind Wissenschaftler und müssen zugeben, wenn wir falsch liegen“, sagte Gianoli. „Aber wir müssen nicht zu anthropozentrisch oder seelenzentriert sein und erwarten, dass Pflanzen wie Tiere oder wie Menschen sein müssen. Sie müssen keine Augen haben, weil sie keine Augen brauchen. Sie haben andere Sinnessysteme.“ "

Diese Sinnessysteme sind für sich genommen ziemlich unglaublich. Boquila trifoliolata kann buchstäblich seine Form verändern! Orchideen können Wespen dazu verleiten, zu glauben, sie seien Wespen! Gras kann fliegende Verstärkung herbeirufen! Vielleicht sind Pflanzen also nicht deshalb so schön, weil sie uns ähneln, sondern weil sie so unterschiedlich sind.

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