Verletzte Pflanzen schlagen mit Druckwelle Alarm
Wurzeln reagieren auf Fressfeinde mit einer neu entdeckten, physikalisch vermittelten Abwehr. Sie funktioniert vieltausendfach schneller als bekannte chemische Signale.
Im Inneren einer Wurzel herrscht hoher Druck – bis etwas hineinbeisst. Der plötzliche Druckabfall hilft benachbarten Wurzelteilen, sich auf den Angreifer vorzubereiten. Diese physikalisch vermittelte Abwehr reagiert viel schneller als chemische Signale, wie sie aus anderen Pflanzenorganen bekannt sind. Ein Forschungsteam um den Biologen Angel Baudon von der Universität Würzburg hat den Mechanismus bei Experimenten entdeckt.
Da Pflanzen nicht weglaufen können, verteidigen sie sich mit Abwehrstoffen. Frisst beispielsweise eine Raupe ein Blatt an, lösen freigesetzte chemische Substanzen und elektrische Signale eine Immunreaktion aus. Vergleichsweise wenig wussten Fachleute allerdings darüber, wie das bei den unterirdischen Teilen der Gewächse funktioniert.
Das Team um Baudon hat dazu den beliebten Modellorganismus Arabidopsis thaliana, die Ackerschmalwand, untersucht. Es verletzte gezielt einzelne Wurzeln und mass, wie sich der Signalstoff Calcium in umliegenden Seitenarmen ausbreitete sowie die elektrischen Impulse in benachbarten Wurzelteilen.
Zu ihrer Überraschung stellten die Fachleute fest, dass bei allen Verwundungen die Nachbarwurzeln praktisch sofort reagierten, innerhalb von Millisekunden. Offenbar pflanzte sich ein Signal mit mehreren Zentimetern pro Sekunde im Wurzelsystem fort. Wie sie in ihrer Publikation schreiben, ist das rund 10 000-mal schneller als die Wellen von Calcium, die bei ähnlichen Szenarien aus oberirdischen Pflanzenteilen bekannt sind.
Der entscheidende Hinweisgeber im Erdreich scheint stattdessen der hydrostatische Druck zu sein: Zellwand und Zellwasser pressen stark aufeinander, und jede Verletzung lässt dieses Gleichgewicht zusammenbrechen und eine Druckwelle entstehen. Sie läuft enorm schnell durch das Wurzelsystem. Der Untersuchung zufolge wandeln dann in weit entfernten Bereichen sogenannte mechanosensitive Kanäle den physikalischen Reiz in elektrische Impulse um. Diese lösen schliesslich eine Immunantwort aus.
Offenbar gelten für die unterirdische Schädlingsabwehr also besondere Regeln mit anderen Sensoren und Mechanismen als bislang bekannt. Wie sich diese Laborergebnisse vom Modellorganismus auf Nutzpflanzen übertragen lassen, muss aber erst noch erforscht werden.
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