Die erstaunliche Reaktion, wenn eine Pflanze verletzt wird

Eine erstaunliche Reaktion tritt ein, wenn eine Pflanze verletzt wird, wodurch sie den Tieren ähnlicher wird.

Wir könnten uns diese Videos den ganzen Tag ansehen...

Wenn Pflanzen angegriffen werden - zum Beispiel von einem Insekt, das eine leckere Blattmahlzeit zubereiten möchte -, werden ihre Abwehrsysteme in den anderen Teilen erhöht. Woher wissen sie, dass sie das tun müssen?

Nach neuen Erkenntnissen verwenden Pflanzen die gleichen Signalmoleküle, die Tiere in ihrem Nervensystem verwenden. Unsere grünen Freunde haben keine Nerven, genau genommen - aber sie haben sicherlich etwas überraschend Ähnliches.

Die Forschung bestand darin, fluoreszierende Proteine zu verwenden, um die Signale zu markieren und zu beobachten, während sie sich in Wellen durch Pflanzen als Reaktion auf einen Stressor bewegen. (Ja, es gibt ein wunderschönes Video, damit Sie es selbst in Aktion sehen können.)

"Wir wissen, dass es dieses systemische Signalsystem gibt, und wenn Sie an einem Ort verwundet sind, löst der Rest der Pflanze ihre Verteidigungsreaktionen aus. Aber wir wussten nicht, was hinter diesem System steckt", erklärt der Botaniker Simon Gilroy von der University of Wisconsin-Madison.

Was sie wussten, war, dass, wenn eine Pflanze verwundet wird, diese eine elektrische Ladung abfeuert, die sich über die Pflanze ausbreitet. Der unbekannte Teil hat diese Ladung ausgelöst und dazu beigetragen, sie zu verbreiten - aber das ist nicht einmal das, was die Forscher zu untersuchen versuchten.

Was sie ursprünglich untersuchten, war, wie Pflanzen auf die Schwerkraft reagieren, indem sie den Anstieg von Kalzium untersuchen. Der Botaniker Masatsugu Toyota hat also eine Senfpflanze gentechnisch verändert, mit der die Forscher Veränderungen der Kalziumkonzentration in Echtzeit beobachten können.

Er führte ein Protein ein, das nur in Gegenwart von Kalzium fluoresziert. Und dann schneiden die Forscher ein Blatt ab, um zu sehen, ob sie Kalziumveränderungen erkennen können.

Bei Tieren setzt eine angeregte Nervenzelle eine Aminosäure namens Glutamat frei, die eine Welle von elektrisch geladenen Kalziumionen auslöst, die sich zu den Zellen ausbreiten, die weiter von der Stelle entfernt sind.

Wie man in den Videos sehen kann, ist das, was mit den Pflanzen passiert ist, einfach unglaublich. Von der Quelle der Wunde fließen Lichtwellen aus, die sich mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Millimeter pro Sekunde durch die Pflanze ausbreiten.

Es ist viel langsamer als bei tierischen Nervensignalen, die sich bis zu 120 Meter pro Sekunde bewegen können, aber für Pflanzen ist das eine superschnelle Kommunikation.

Die Forscher entdeckten, dass, sobald die Welle trifft, Verteidigungshormone in dieser Region der Pflanze steigen.

Dies veranlasst die Pflanze, ihre Abwehrmaßnahmen zu ergreifen, wie z.B. eine Zunahme schädlicher Chemikalien, die die Pflanze ungenießbar für kauende Insekten machen, oder - wie im Falle von Gras bekannt - die Freisetzung von stinkenden flüchtigen Bestandteilen, die signalisieren, dass parasitäre Wespen kommen und ihre Eier in Insekten legen, die sie vielleicht fressen.

Aber was löste die Kalziumwellen aus? Wie bei Tieren glaubten die Forscher, es könnte Glutamat sein, das auch in Pflanzen vorkommt. Und frühere Forschungen, die 2013 veröffentlicht wurden, zeigten, dass Pflanzen, die keine Glutamatrezeptoren hatten, auch keine elektrische Gefahrenabwehr hatten.

So "verwundete" das Forschungsteam Pflanzen ohne Glutamatrezeptoren, um zu sehen, ob es einen Effekt auf den Kalziumfluss gab.

"Siehe da, die Mutanten, die die elektrische Signalisierung ausschalten, machen auch die Kalzium-Signalisierung komplett zunichte", sagte Gilroy.

Diese Forschung setzt verschiedene Stücke zusammen, um das Rätsel zu lösen, wie Pflanzenzellen kommunizieren. Die Wunde schüttet Glutamat aus, das von Rezeptoren aufgenommen wird, die die Ausbreitung von Kalziumionen auslösen, was wiederum das Abwehrsystem der Pflanze anschaltet, um vor weiteren Schäden zu schützen.

Und das alles ohne echte Nerven. Ziemlich cool, was? Sieht so aus, als wären unsere grünen Brüder und Schwestern viel komplexer und dynamischer, als es scheint.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

[übersetzt von max]

Quelle: https://www.sciencealert.com/plant-damage-response-defence-calcium-ions-glutamate-fluorescent