Neues von der pflanzeninternen Kommunikation: Entdeckt eine Wurzel zu viel Salz im Boden, schickt sie die Information mit einer Kalziumwelle rasch überallhin.
Tiere sind schnell, eine Fliege etwa flüchtet 300 Millisekunden, nachdem sie eine Gefahr wahrgenommen hat. Das hilft ihr allerdings dann überhaupt nichts, wenn ihre Gegenspielerin eine von jenen ist, denen man für gewöhnlich überhaupt keine Bewegung zutraut, zumindest keine rasche: eine Pflanze. Hat die Venusfliegenfalle Futter bemerkt – die erwähnte Fliege etwa –, klappt sie in 100 Millisekunden zu. Darwin war davon fasziniert, er experimentierte viel auch mit einer zweiten fleischfressenden Pflanze, dem Sonnentau. An diesem fiel ihm auf, dass die Pflanze erstens einen Reiz wahrnimmt, und dass sie zweitens die Information transportiert, um sie endlich drittens an einem ganz anderen Ort zu verarbeiten und darauf zu reagieren. Der Sonnentau bemerkt Beute an der Spitze eines Tentakels, er bewegt diesen und andere dann vom Fuß her, um die Beute zu umschlingen.
Darwin: „Neue physiologische Tatsache“
Ähnliches bemerkte Darwin auch in anderem Verhalten von Pflanzen, etwa in ihrer Reaktion auf Licht – das fällt irgendwo oben hin und löst irgendwo unten eine Bewegung und/oder Wachstumsänderung aus –, er nannte das Ganze „eine neue physiologische Tatsache, nämlich das Vorhandensein einer Substanz im oberen Teile, welche vom Licht beeinflusst wird, und welche ihre Einwirkung auf den unteren Teil überleitet“, und er scheute sich nicht, dieses hypothetische Informationsnetz bzw. seine Leistungsfähigkeit „dem Gehirn eines der niederen Tiere“ gleichzusetzen. Die Zeitgenossen schüttelten die Köpfe, Darwins Ehefrau, Emma, tat es auch („Er behandelt den Sonnentau wie eine lebende Kreatur, und ich vermute, dass er am Ende beweisen will, dass es sich um ein Tier handelt“) – und Darwin selbst konnte den Mechanismus nicht entschlüsseln.
So wie bei Tieren funktioniert die Signalübertragung bei Pflanzen nicht, obgleich die Nervenzellen der Tiere, die Neuronen, ihren Namen aus irgendeinem Zufall von der Flora haben; „Neuron“ kommt vom griechischen Wort für „Pflanzenfaser“. Es geht bei Pflanzen auch, sieht man von Ausnahmen wie der Venusfliegenfalle ab, nicht so rasch wie bei Tieren, die ihre Informationen elektrisch durch die Nerven laufen lassen, und mit Neurotransmittern zwischen diesen. Aber es geht eben, und zwar in frappanter Vielfalt: Auch bei Pflanzen gibt es elektrische Wege, langsamere – die Zellwände sind viel dicker –, auf ihnen meldet ein angeknabbertes Blatt dem Rest der Pflanze die Verletzung, daraufhin wird überall die Abwehr hochgefahren. Auch die Wasserversorgung wird als Informationsmedium genutzt: Kommt von den Wurzeln wenig nach, wird dies von den Blättern gemessen; sie schließen daraufhin ihre Stomata, die Löcher, aus denen sie ausdünsten.
Es gibt auch Botenstoffe, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und Hormone, Auxin etwa, es ist das Hormon, das generell das Wachstum von Pflanzen steuert, und an ihm hat Sven Bergmann (Lausanne) gerade etwas Neues bemerkt, an der Modellpflanze Arabidopsis: Sie will, wie alle Pflanzen, zum Licht, deshalb passt sie auf, wo andere Pflanzen schon Schatten werfen, sie hat eigene Sensoren dafür. Auf deren Meldung hin – wieder von ganz oben in der Pflanze – wird unten die Auxinproduktion stark angeworfen, solange noch ein Platz am Licht frei ist. Gibt es hingegen nur noch Schatten, geht sie zurück, dort wächst nicht mehr viel. (Pnas, 14.4.)
Rote Welle läuft mit 0,4 mm/sec
Nun kommt noch Kalzium hinzu, Won Gyu Cho (University of Wisconsin) hat es experimentell gezeigt, auch an Arabidopsis: Er hat Pflanzen gentechnisch Kalziumsensoren eingebaut – in UV-Licht reflektieren sie in kalziumfreier Umgebung grün, bei Anwesenheit von Kalzium rot –, dann hat er die Wurzelspitzen erhöhten Gehalten von Salz (NaCl) ausgesetzt. Treffen sie darauf, biegen sie ab, das hat wieder schon Darwin bemerkt, er war ein großer Pflanzenphysiologe. Und zugleich melden die Wurzeln die Gefahr: Sie schicken eine regelrechte Kalziumwelle durch die Pflanzen, Cho konnte das Rot wandern sehen, mit etwa 0,4 Millimeter pro Sekunde, das ist rasch, nach zwei Minuten ist die Information an den Blattspitzen, und dort werden Gene aktiviert, die die Stressresistenz erhöhen. (Pnas, 7.4.)
Das Ganze läuft über Ionenkanäle in bzw. aus den Zellen der Wurzeln. Wenn man sie stilllegt – mit Chemie oder Gentechnik –, kommt das Signal nur noch schwach. Irgendein Signal wird auch noch gegeben, wenn die Gene für die Ionenkanäle abgeschaltet werden, offenbar gibt es noch einen anderen Informationsweg. Vermutlich spielen auch mehrere Wege zusammen, beim Kalzium sind möglicherweise auch die ROS im Spiel. Aber die Welle entscheidet, nur dann, wenn sie durch die Pflanze läuft, gedeiht sie auch bei erhöhten NaCl, sonst vergilbt sie teilweise. „Obwohl Pflanzen kein Nervensystem haben“, schließt Choi, „haben sie ein sensorisches Netzwerk, das Ionenflüsse benützt, um rasch Informationen innerhalb des Organismus zu übermitteln.“
("Die Presse", Print-Ausgabe, 16.04.2014)