Pflanzenkommunikation:

Nach einer repräsentativen Emnid-Untersuchung im Auftrag des Magazins Zeit Wissen sind fast die Hälfte
der Bundesbürger (49 Prozent) davon überzeugt, dass Pflanzen Gefühle haben.
Jeder Dritte bekannte sich sogar dazu, mit Pflanzen zu sprechen. Viele Deutsche glauben auch,
dass Pflanzen es einem danken, wenn man mit ihnen spricht.

Haben Pflanzen tatsächlich so etwas wie Gefühle? Oder sind sie vielleicht doch nur Bioroboter,
die nützliche Biomasse produzieren? In dieser Sendung wollen wir verschiedene wissenschaftliche
Erkenntnisse zu diesem Themenkomplex vorstellen. Innerhalb der Botaniker hat sich seit einigen Jahren
eine Gruppe von Wissenschaftlern gebildet, die einen neuen Forschungszweig etabliert hat,
nämlich die Pflanzenneurobiologie. Sie haben dazu eine Fachgesellschaft gegründet,
die Society for Plant Neurobiology. Es gibt inzwischen auch ein internationales Fachmagazin
mit dem Titel „Plant Signaling and Behaviour“. Die Bezeichnung Neurobiologie im Zusammenhang
mit Pflanzen erstaunt vielleicht, da dieses Fachgebiet normalerweise für die Erforschung des
menschlichen und tierischen Nervensystems zuständig ist.
Sollten Pflanzen denn tatsächlich so etwas wie Nerven besitzen?

Dazu eine aktuelle Meldung von Pressetext Deutschland vom 18.02.2009:

Pflanzen kommunizieren durch Elektrosignale –
Reaktion auf Umweltreize bereits nach zwei Sekunden messbar.

Vergleichbar mit Quallen und Würmern, kommunizieren auch Pflanzenzellen durch
elektrische Signale. Diese Widerlegung der Annahme der Botanik, das Pflanzenzellen ausschließlich
durch chemische Signale kommunizieren, liefert eine Studie der Universitäten Florenz und Bonn.
Die Biologen untersuchten die Wurzelspitzen von Mais und konnten elektrische Signale nachweisen,
die über pflanzliche Synapsen schnell von Zelle zu Zelle weitergeleitet werden.

„Pflanzen nehmen Veränderungen ihrer Umwelt sehr aktiv wahr und müssen diese Information
auch integrieren. Das könnte in der Wurzelspitze geschehen, die wie ein Kommandozentrum agiert“,
erklärt der Biologe Frantisek Baluska vom Institut für zelluläre und molekulare Botanik der Universität Bonn.
Wurzeln können besonders schnell auf Lageänderung reagieren.
Dazu scannen sie den Boden ständig nach über 20 Parametern wie Verfügbarkeit von Wasser
oder Nährstoffen, Temperaturwechsel oder Licht. Über Aktionspotenziale erfolgt die Weitergabe der Reize...

Pflanzen verfügen über erstaunliche sensorische Fähigkeiten, dazu Professor Dieter Volkmann,
der zusammen mit Baluska, siehe oben, eine Arbeitsgruppe der Universität Bonn leitet:
„Pflanzen haben mehr Sinne, also Sensoren, als wir Menschen. Pflanzen können sehen,
hören, sprechen, riechen, schmecken, fühlen und kommunizieren.“

Dazu einige Beispiele:

Pflanzen fühlen
Ein sanftes Streicheln mit einer Baumwollfaser genügt, damit ein Sonnenblumenkeimling
beim Wachsen seine Richtung ändert. Berührungen können bestimmte Pflanzengene aktivieren,
die sogenannten „touch genes“, also Berührungsgene. Sind diese Gene erst einmal aktiviert,
ändert sich das Wachstum der Pflanze.

Planzen sehen
Die Blume Portulaca kann direkte Sonnenstrahlen von reflektiertem Licht unterscheiden,
weil dieses andere Rot- und Blauanteile hat.

Pflanzen schmecken
Landpflanzen können ihre Wurzeln zielgerichtet zu nahegelegenen Mineralien wachsen lassen.
Ihre Wurzelspitze ist sensibler als jede Feinschmeckerzunge.

Pflanzen können riechen und sogar kommunizieren
Mais produziert ein Insektengift, wenn Käferlarven ihn anknabbern.
Diesen Abwehrstoff gibt er auch an seine Umgebung ab, benachbarte Maispflanzen können
ihn erschnüffeln und aktivieren vorsorglich ihre eigene Giftproduktion.

Pflanzen haben einen Sinn für künftige Ereignisse
Tomaten spüren atmosphärische Tiefs drei Tage im Voraus und verstärken ihre Außenhaut.

Pflanzen können hören und mögen Musik
Pflanzen haben zwar keine Ohren, aber jede ihrer Zellen hat eine Membran,
empfindlicher als das menschliche Hörorgan. In der Toskana in Montalcino gibt es
Experimentierfelder für pflanzliches Hören. Dort untersucht der Biologe Stefano Mancuso
von der Universität Florenz, warum Wein, der regelmäßig mit Kompositionen von Mozart,
Bach, Vivaldi und Mahler beschallt wird, besser wächst. Auf einem 42 ha großen Gelände
berieselt Mancuso seit 2001 junge und alte Pflanzen.

Die Pflanzen lieben anscheinend besonders Mozart. Der Musikeinsatz führt grundsätzlich
zu größeren und süßeren Früchten, außerdem ist ein positiver Effekt, dass Schadinsekten
offensichtlich nicht beschallte Pflanzen bevorzugen. Stefano Mancuso zieht nach seinen mehrjährigen
Feld- und Laborstudien Bilanz „Unsere Sprache oder auch Musik sind stark genug,
um Pflanzenmembranen zu reizen. Die Frequenzen der Töne können durchaus einen Einfluss
auf das Wachstum haben, auch wenn das manche Wissenschaftler nicht gerne hören.“



Chinesischen Wissenschaftlern gelang der Nachweis, dass ein niederfrequenter Klang die Aktivität
von Enzymen erhöht und die Zellmembranflüssigkeit stimuliert.
Dabei wurden messbar Gene angeregt. Südkoreanische Forscher fanden Mitte 2008
einen weiteren Beleg für die anregende Wirkung von Musik auf Pflanzen.
Das Team vom staatlichen Institut für landwirtschaftliche Biotechnologie beschallte
Reispflanzen mit klassischen Musikstücken wie Beethovens Mondscheinsonate.
Bei ganz bestimmten Frequenzen wurden zwei Gene in den Pflanzen besonders aktiv,
die für das Wachstum zuständig sind.
Sind Pflanzen intelligent?

Intelligentes Verhalten ist nach dem neuseeländischen Psychologen und Philosophen
David Stenhouse adaptives und variables Verhalten während der Lebenszeit eines Individuums.
Nach Erkenntnissen von Anthony Trewavas von der Universität Edinburgh trifft dies auch auf Pflanzen zu.

Ein Beispiel für vorausplanendes Verhalten von Pflanzen ist die in Europa vorkommende Quendelseide Cuscuta
. Sie ist eine Schlingpflanze, die von anderen Pflanzen schmarotzt, wobei sie dabei sehr wählerisch
und berechnend vorgeht. Wenn sie eine potenzielle Wirtspflanze mit ihren Saugnäpfchen
das erste Mal berührt, tut sie das nur, um zu erkunden, wie ergiebig die Wirtspflanze ist.

Die Quendelseide wägt Aufwand und Ausbeute – und dies ist das Erstaunlichste –
etwa vier Tage im Voraus ab, denn so lange braucht sie, um nach dem ersten Kontakt zur
Nährstoffquelle zu gelangen.

Pflanzen können sich aus der Qualität des Lichts über die Stellung ihrer Nachbarn informieren,
bevor sie von diesen effektiv beschattet werden. Das von der Nachbarpflanze reflektierte
Licht gibt ihnen diese Information. Sie können sich bereits frühzeitig auf die Anwesenheit der
Nachbarpflanzen einstellen.

Wenn die Wurzeln einer jungen, wachsenden Pflanze einer niedrigen Salzkonzentration
ausgesetzt werden, dann kann die Pflanze später in Salzkonzentrationen überleben,
die normalerweise tödlich für sie wären. Die Erfahrung der Wurzel wird auf die ganze Pflanze übertragen.
Die junge Pflanze lernt, sich an eine Salzlösung anzupassen.
Die Pflanze erinnert sich Monate oder Jahre später an diese Erfahrung und kann dadurch
in hohen Salzkonzentrationen überleben.

Viele chemische Signalmoleküle zur Zellkommunikation sind bei Pflanzen die gleichen wie bei Tieren.
Zu diesen Signalstoffen gehören Peptide, Aminosäuren, Ionen oder Stickstoffoxid.
Die internen Signal- oder Kommunikationswege sind bei Pflanzen und Tieren ebenfalls sehr ähnlich.
Beziehungsgefüge zwischen Pflanzen und Tieren

Ein sehr interessantes Beispiel für die enge Verknüpfung zwischen Pflanzen und Tieren
sind die Akazienbäume, die z.B. in der Savanne Kenias wachsen.
Vier Ameisenarten teilen sich den Wohnraum auf den Akazien.
Die Akazien wiederum lassen bestimmte Dornen anschwellen, in denen die Ameisen ihre
Nester anlegen können. Darüber hinaus bildet der Baum sogenannte Nektarien aus,
spezielle Honigdrüsen, die von den Ameisen als Energiequellen genutzt werden.

Als Gegenleistung für diese Versorgung patrouillieren die Ameisen auf der Akazie
und schützen sie vor Schädlingen.

Offensichtlich spielen auch Giraffen eine wichtige Rolle in dem Zusammenspiel
zwischen Akazien und Ameisen. Forscher der University of Florida hatten in einem
Dauerexperiment 1700 Akazien durch einen Zaun von Giraffen und anderen Pflanzenfressern abgetrennt.
Man hätte zunächst vermuten können, dass dadurch die Bäume ungestört und besser wachsen würden,
tatsächlich traten aber ganz andere Effekte auf.

Wenn die Giraffen nicht mehr von den Akazien fraßen und sie zurechtstutzen konnten,
veränderten die Bäume ihr Wachstumsmuster.
Sie bildeten sowohl weniger Dornen als auch weniger Honigdrüsen für die Ameisen.
Ohne diese Belohnung stellten die Ameisen wiederum ihre Kontrollgänge auf den Akazien ein,
mit der Folge, dass die Bäume stärker von Schädlingen attackiert wurden und deshalb wesentlich
langsamer und schlechter wuchsen als zuvor.

Außerdem wurden die Akazien von anderen Ameisenarten bewohnt, die nicht verhinderten,
dass Borkenkäfer die Stämme durchlöcherten.

Es gibt also eine raffinierte Dreiecksbeziehung zwischen Ameisen, Großtieren und Akazien,
die weit über die menschliche Vorstellungswelt hinausgeht.
Abwehrstrategien im Pflanzenreich

Die chemische Ökologie als Fachgebiet beschäftigt sich mit Fragen z.B.
nach der Reaktion von Pflanzen auf Schädlinge. Eine Modellpflanze in diesem Forschungsgebiet
ist der wilde Tabak. Er steigert die Produktion des Nervengifts Nikotin erst richtig,
wenn sich jemand an seinen Blättern vergeht. Es kommt dann zu einer komplexen Signalkaskade,
die sich über das gesamte Blatt ausbreitet und zur Produktion von Jasmonsäure führt,
die man als Wundhormon bezeichnen kann. Die Jasmonsäure gelangt aus dem angeknabberten
Blatt bis in die Wurzel, die daraufhin die Nikotinproduktion steigert.

Spätestens dann wird es jedem Angreifer aufgrund der Nikotinvergiftung schwummrig,
er lässt ab und sucht sich ein anderes Opfer. Dem Tabakschwärmer macht das Nikotin
aber gar nichts aus; er reichert Nikotin sogar im Körper an und wird auf diese Weise für
seine eigenen Fressfeinde ungenießbar. Wenn die Tabakpflanze ihren „Erzfeind“
anhand bestimmter Verbindungen aus der Gruppe der Fettsäure-Aminosäure-Konjugate erkennt,
fährt sie die Produktion des nun ohnehin nutzlosen Nikotins sogar zurück.

Folglich bleiben die sonst durch Nikotin geschützten Raupen des Tabakschwärmers
für ihren ärgsten Feind, eine bestimmte Raubwanze, genießbar.
Außerdem gibt das Tabakkraut flüchtige organische Substanzen ab, bestimmte Duftstoffe,
welche die Raubwanzen zum Ort des Geschehens locken. Der Biologe Martin Heil von der Universität
Essen sagt dazu: „Dieses aktive Anlocken der Feinde meiner Feinde scheint in der Pflanzenwelt
keineswegs eine Ausnahme, sondern die absolute Regel zu sein.

Wo immer man danach sucht, wird man fündig, und das bei Pflanzen aus
unterschiedlichen Verwandtschaftskreisen“.


Kartoffelpflanzen, die von Raupen oder Käfern angeknabbert werden, locken selbst aus weiter Entfernung
Raubwanzen an. Auch die Limabohne sendet unterschiedliche chemische Signale aus,
je nachdem, ob Spinnmilben oder Raupen den Schaden am Blattwerk verursachen.
Häufig helfen der Limabohne auch Ameisen, die dafür dann mit einer Zuckerlösung belohnt werden.

Diesen Neckar spart sich die Limabohne speziell für solche Krisenzeiten auf.
Die Duftwolke einer angefressenen Limabohne versetzt auch ihre benachbarten Artgenossen in Alarmbereitschaft,
die dann selber Lockstoffe oder Nektar produzieren. Die Verständigung zwischen Pflanzen funktioniert sogar
über Artgrenzen hinweg. Die Duftsignale eines angeknabberten Wüstensalbeis stimulieren
z.B. die wilde Tabakpflanze zu einer erhöhten Nikotinproduktion.

Interessant sind folgende Erkenntnisse: Manche Kulturlinien von Pflanzen haben die Fähigkeit
zur Kommunikation mit Helfern weitgehend verloren. Wilde Baumwolle setzt siebenmal mehr Duftstoffe
frei als ihre domestizierte Verwandtschaft. Der nordamerikanische Mais kann einen bestimmten
Signalstoff nicht mehr bilden, der Fadenwürmer anlockt, wenn sich die Larven des Maiswurzelbohrers
in seine Wurzeln graben. Dadurch ist der nordamerikanische Mais sehr viel anfälliger.

An diesen Beispielen kann man erkennen, dass das Pflanzenreich über ein enormes
Kommunikationspotenzial verfügt.
Pflanzenhormone

Genauso wie das Wachstum und die Entwicklung des Menschen von Hormonen gesteuert und bestimmt werden,
geschieht das auch bei Pflanzen. Bei den Pflanzen sind es im Wesentlichen fünf Phytohormongruppen,
die an der Stoffwechselregulierung beteiligt sind. Ein besonders interessantes Phytohormon ist der
gasförmige Kohlenwasserstoff Ethylen. Es wird eigentlich permanent in allen Organen der Pflanze gebildet,
es ist fünfmal löslicher als Sauerstoff und kann sich deshalb leicht innerhalb der Pflanze verbreiten.
Es wird aber auch passiv durch Diffusion nach außen abgeleitet, wo es dann pheromonartig
auf andere Pflanzen einwirken kann.

Ethylen bildet unter den Pflanzen die bisher einzige substantiell fassbare Basisverbindung,
mit der sich Pflanzen schnell abzustimmen vermögen. Das Ethylen ist beteiligt an der Beeinflussung
von Laub- und Fruchtfall und von Alterungsvorgängen. Interessant ist übrigens die Geschichte seiner
Einstufung als Phytohormon. Bereits 1901 wurde erkannt, dass das Ethylen als Bestandteil des
Stadtgases, das aus undichten Leitungen entströmte, bei Straßenbäumen vorzeitigen Blattfall auslöste.

Geringe Mengen von eigenproduziertem Ethylen scheinen für die Wahrnehmung des „Erdschwerereizes“
notwendig zu sein. Fehlt das Ethylen, wie z.B. in einer bestimmten Tomatenmutante,
so wächst diese nicht mehr in die Höhe, sondern über den Boden hinweg, weil offenbar die
Informationsaufnahme des Erdschwerereizes blockiert ist. Vor allem bei der Auslösung des
Reifeprozesses von Früchten spielt Ethylen eine große Rolle, wobei durch Ausscheiden von
Ethylengas z.B. auch benachbarte Äpfel und Bananen zur Reifung angeregt werden.

Bananen und Tomaten werden in den Erzeugerländern in der Regel grün geerntet und während des
Transports in Spezialcontainern einer Ethylenbegasung ausgesetzt, damit sie nachreifen.
Mit Hilfe von Ethylengas verständigen sich Pflanzen auch über einen Befall durch Schädlinge
und veranlassen die Bildung von Abwehrmechanismen.

Autor:

Dr. med. Hans-Günter Kugler

Internationales Institut für Erfahrungsheilkunde (IIfEh) e.V.
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© 2010 Internationales Institut für Erfahrungsheilkunde e.V.




Archivbild: Junges Getreidefeld | Copyright: grewi.de

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Exeter/ England - Mit einem beeindruckenden Ergebnis ist es englischen Wissenschaftlern in Experimenten erstmals gelungen, direkte Kommunikation zwischen unterschiedlichen Pflanzen sichtbar zu machen.

Wie die Forscher um Nick Smirnoff von der Exeter University und Iain Stewart von der Plymouth University in der BBC-Dokumentation "How to Grow a Planet" eindrucksvoll aufzeigen, warnen Pflanzen einander etwa vor angreifenden Fressfeinden. Zwar war dieser Umstand bereits zuvor bekannt, doch noch nie konnte dieser Vorgang, bei dem die angegriffene Pflanze unsichtbare Gase abgibt, die wiederum bei ihren Nachbarpflanzen Schutzreaktionen hervorrufen können, visualisiert werden.

Die Forscher wussten zwar bereits, dass einige angegriffene Pflanzenarten - in diesem Fall die vielfach für Laborexperimente genutzte Schaumkresse (Arabidopsis) - ein Gemisch aus verschiedenen Chemikalien abgeben und auch, dass sie sich untereinander durch die Abgabe chemischer Botenstoffe warnen können, doch ist bislang noch unbekannt, welches der aktive Inhaltsstoff (...wir berichteten) ist. Alleine lag bislang die Vermutung nahe, dass es sich um einen Verteidigungsmechanismus handelt und die giftigen Gase die Angreifer abwehren sollen.

In ihrem Experiment wurden zwei voneinander getrennte Schaumkresse-Pflanzen in eine Experimentalkammer gestellt, während einer dritten Pflanze Schnittwunden zugefügt wurden, mit denen die Forscher einen Fressfeind simulierten. Auch diese Pflanze wurde nun in die Kammer gegeben und diese Kammer dann versiegelt. Durch die Eingabe eines Glühwürmchen-Gens, konnten nun die durch biologische Aktivität abgegebenen Gase mit einer Spezialkamera dokumentiert werden. Kurz nach dem so sichtbar gemachten Aktivitätsmaximum der angegriffenen Pflanze zeigten auch die beiden Nachbarpflanzen die entsprechende Aktivität und starteten den Abwehrmechanismus.

http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-16916474


Kommunikation zwischen drei Schaumkressepflanzen. | Copyright/Quelle: biosciences.exeter.ac.uk / BBC

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Perth / Australien - Menschen, die mit ihren Pflanzen sprechen, sind nichts Ungewöhnliches. Wissenschaftlern in Australien ist es nun jedoch erstmals gelungen nachzuweisen, dass Pflanzen tatsächlich auf Töne reagieren und wahrscheinlich sogar selbst durch Klickgeräusche miteinander kommunizieren.

Seit spätestens 1973, als der südafrikanische Botaniker Lyall Watson in seinem Bestseller "Supernature" behauptet hatte, Pflanzen hätten Gefühle, die durch einen Lügendetektor nachweisbar seien, wird die Vorstellung empfindsamer und mitteilsamer Pflanzen ebenso hitzig wie kontrovers diskutiert.

Wie Dr. Monica Gagliano, wissenschaftliche Mitarbeiterin der University of Western Australia (UWA), gemeinsam mit Professor Daniel Robert von der University of Bristol und Professor Stefano Mancusovon der Università degli Studi di Firenze im der Fachzeitschrift "Trends in Plant Science" beschreiben, können die Wurzeln junger Pflanzen gewisse Geräusche machen und auf eben solche reagieren.

"Es ist allgemein bekannt, dass Pflanzen auf Licht reagieren. Wissenschaftler wissen außerdem, dass Pflanzen flüchtige chemische Stoffe zur Kommunikation nutzen, beispielsweise wenn Gefahr durch einen Pflanzenfresser naht (...wir berichteten, s. Links). Ich arbeitete eines Tages in meinem Kräutergarten und fragte mich, ob Pflanzen vielleicht auch Geräusche wahrnehmen können - warum denn auch nicht. Und so beschloss ich, der Frage wissenschaftlich auf den Grund zu gehen", erklärte Dr. Gagliano.

Bei ihren Untersuchungen stellten die Forscher fest, dass die Wurzeln junger Getreidepflanzen regelmäßige Klickgeräusche von sich geben. Sie fanden außerdem heraus, dass sich junge Getreidewurzeln in Wasser stets in Richtung einer regelmäßigen Geräuschquelle im Frequenzbereich von 220 Hz ausrichteten. Hierbei handelt es sich um den gleichen Frequenzbereiches in dem die Wurzeln selbst ihre Geräusche abgeben.

In ihrer Studie kommen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Rolle von Geräuschen bei Pflanzen noch intensiv erforscht werden muss, "da wir im Bereich der sensorischen und kommunikativen Komplexität dieser Organismen noch immer große Wissenslücken haben", zitiert die Pressemitteilung des Australisch-Neuseeländischen Hochschulverbundes / Institut Ranke-Heinemann (ranke-heinemann.de).

Gagliano geht davon aus, dass im Leben der Pflanzen neben weiteren Formen der sensorischen Reaktion sehr wahrscheinlich auch eine gewisse Sensibilität für Geräusche und Vibrationen eine wichtige Rolle spielt. Sie hofft, durch die Veröffentlichung ihrer Untersuchungsergebnisse weitere Fördermittel zu erhalten, um so intensiv erforschen zu können, wie Pflanzen Geräusche machen und wie sie darauf reagieren.


Archivbild: Junges Getreidefeld | Copyright: grewi.de

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Crawley (Australien) - Pflanzen gelten in der Regel als vergleichsweise stille Organismen und Kommunikationsversuche mit ihnen als eher einseitiges Vergnügen. Mehr und mehr finden Forscher jedoch heraus, dass auch Pflanzen miteinander sogar direkt und auf unterschiedliche Weise Kommunizieren können und ihre Umwelt auf deutlich komplexere Weise wahrnehmen als bislang angenommen (...wir berichteten, s. Links). Eine aktuelle Studie australischer Wissenschaftler belegt nun, dass offenbar eine bislang unbekannte Form der Kommunikation zwischen benachbarten Pflanzen das Wachstum der einzelnen Pflanzen selbst unterschiedlicher Arten fördert oder hemmt und diese "Pflanzensprache" möglicherweise sogar auf akustischem Wege stattfindet.

Wie Monica Gagliano und Michael Renton von der University of
Western Australia aktuell im Fachjournal "BioMed Central" berichten, konnten sie in ihren Experimenten zeigen, dass deutlich mehr Chilisamen (Capsicum annuum) angingen, wenn sie neben anderen Chilipflanzen oder Basilikum (Ocimum basilicum) ausgesät wurden. Selbst als die bekannten Kommunikationswege im Experiment durch das Einbringen der Samen in einem dunklen Plastikbeutel verhindert wurden, keimten die Samen in pflanzlicher Nachbarschaft genau so gut und wiederum besser als wenn sie alleine ausgesät wurden. Dieser Umstand lässt die Wissenschaftler nun vermuten, dass es zwischen den Pflanzen zu einer Art Kommunikation mittels "nanomechanischer Vibrationen" kommt. Einen vergleichbaren Effekt der Pflanzen unter- und aufeinander konnten die Forscher auch anhand ausgewachsener Pflanzen beobachten.

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Pflanzen in der Lage sind, durch einen bislang noch unbekannten Mechanismus das Wachstum gegenseitig positiv zu beeinflussen", erläutert Gagliano. "Schlechte Nachbarn hingegen, beispielsweise Fenchel, verhinderten das Keimen der Chilisamen im gleichen Maßstab, wie es von Basilikum gefördert wurde. Wir vermuten, dass die Antwort möglicherweise in akustischen Signalen liegt, die von den Pflanzen mittels nanomechanischer Schwingungen im Innern ihrer Zellen erzeugt werden und den benachbarten Pflanzen einen schnellen kommunikativen Austausch untereinander ermöglicht.

Schon 2012 konnten australische Wissenschaftler nachweisen, dass Pflanzen nicht nur auf Töne reagieren und sondern wahrscheinlich sogar selbst durch Klickgeräusche miteinander kommunizieren (...wir berichteten).

http://www.biomedcentral.com/1472-6785/13/19/abstract


Guter Pflanzennachbar: Basilikum. | Copyright: grewi.de

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Norwich (England) - Um über Nacht nicht zu verhungern, wenden Pflanzen exakte arithmetischen Division an, die es ihnen ermöglicht, ihre Stärke-Reserven konstant so einzuteilen, dass diese genau bis zum Sonnenaufgang reichen. Zu dieser erstaunlichen Erkenntnis kamen britische Wissenschaftler in Experimenten und Untersuchungen, deren Ergebnisse sie aktuell im Fachmagazin "eLife" beschrieben haben.

Wie Martin Howard und Alison Smith vom John Innes Centre berichten, handele es sich um das "erste konkrete Beispiel von derart komplexen arithmetischen Berechnungen in einem grundlegenden biologischen Prozess".

Während Pflanzen sich tagsüber von Energie ernähren, die durch die Photosynthese mittels Sonnenlicht aus der Umwandlung von Kohlendioxid in Zucker und Stärke gewinnen, sind sie nach Sonnenuntergang auf eigene Reserven angewiesen, um in der Dunkelheit nicht zu verhungern.

In ihrer Studie (DOI: 10.7554/eLife.00669) gelang es den Forschern nun erstmals aufzuzeigen, dass die Pflanzen (in diesem Fall Gänserauke, Arabidopsis thaliana, s. Abb.) dies durch präzise Regulierung der Rate ihres Stärkeverzehrs erreichen: "Diese Regulierung ermöglicht es der Pflanze, ihre Stärke-Vorräte genau so einzuteilen, dass sie nahezu exakt bis zum nächsten Sonnenaufgang ausreichen und dies selbst dann, wenn die Dunkelheit unerwartet früh hereinbricht oder der Stärke-Vorrat variiert." Eine derartige exakte Regulierung sei nur durch mathematische Berechnung, arithmetischer Division möglich, so die Forscher.

Während der Nacht, so erläutern die Forscher den Vorgang, misst die Pflanze die Größe des Stärke-Vorrats in den Blättern und schätzt die Dauer bis zum Morgengrauen ab. Informationen hierüber beziehen die Pflanzen von einer Art inneren Uhr, wie sie auch von Tieren und Menschen bekannt ist. Der Umfang des Stärkevorrats wird dann durch die Zeitdauer bis zum Sonnenaufgang geteilt, um so den Stärkeverzehr genau anzupassen, sodass bei Sonnenaufgang meist etwa 95 Prozent der Stärke aufgebraucht sind.

"Diese Berechnungen sind so präzise, dass sie die Pflanze davor schützt, nachts zu verhungern und ermöglicht zugleich eine effiziente Nahrungsnutzung", so Smith.

Anhand mathematischer Modelle haben die Forscher auch untersucht, wie eine solche mathematische Division von den Pflanzen durchgeführt werden kann. Als Ergebnis dieser Analysen schlagen sie vor, dass die Informationen über den Umfang des Stärke-Vorrats (S) und die bis zum Sonnenaufgang verbleibende Zeit (T) in Konzentrationen zweier Arten von Molekülen kodiert wird. Wenn dann die S-Moleküle den Verzehr von Stärke anregen, während die T-Moleküle genau dies verhindern, so wird die Rate des Stärke-Konsums durch das Verhältnis zwischen S- und T- Molekülen reguliert: "In anderen Worten S geteilt durch T".

"Die Fähigkeit arithmetische Berechnungen durchzuführen, ist für die Produktivität und das Wachstum der Pflanze lebenswichtig", erläutert Smith. "Zu verstehen, wie Pflanzen auch in der Dunkelheit ihr Wachstum fortsetzten könnte dabei behilflich sein, das Wachstum von Nahrungsmittelpflanzen zu fördern."




Gänserauke (Arabidopsis thaliana). | Copyright: Alberto Salguero Quiles en Getafe, GFDL

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Crawley (Australien) - Während die Fähigkeit sich zu erinnern und zu lernen bislang ausschließlich Menschen und Tieren zugesprochen wurde, belegen neuste Experimente australischer Biologen nun, dass auch Pflanzen dazu in der Lage sind. Die Entdeckung ist umso erstaunlicher, als dass es den Pflanzen schließlich an einer gehirnartigen, neuralen Struktur fehlt, wie sie bislang eigentlich als Grundvoraussetzung für diese Fähigkeit galt. Die Ergebnisse stellen die bislang sicher geglaubten Grenzen zwischen Pflanzen- und Tierreich - und damit auch zu uns Menschen - radikal in Frage.

Schon 2012 sorgte das Team um die australische Biologin Dr. Monica Gagliano mit dem Nachweis für Aufsehen, dass Pflanzen sogar durch akustische Signale miteinander kommunizieren können (...wir berichteten) und diese Kommunikation untereinander sogar das Wachstum der Pflanzen fördert (...wir berichteten).

In ihrem aktuellen Artikel im Fachjournal "Oecologia" (DOI: 10.1007/s00442-013-2873-7) belegen die Forscher um Gagliano, Prof. Michael Renton, Dr. Martial Depczynski und Prof. Stefano Mancuso von der Universität Florenz nun, dass sich die Pflanzen sogar an Dinge erinnern und anhand dieser Erfahrungen und Fähigkeit lernen können. Die Forscher zeigen zudem, dass die Pflanzen schneller lernen und langsamer vergessen, wenn ihre Umweltbedingungen dies erfordern.


In Experimenten mit Mimosen (Mimosa pudica) zeigen die Forscher nicht nur, dass die Pflanzen lernen und sich erinnern können, sondern dass sie dies auch in einer Art und Weise tun, wie man dies eigentlich eher von Tieren erwarten würden. Dennoch gelingt den Pflanzen diese Leistung gänzlich ohne das Vorhandensein einer gehirnartigen Struktur.

In dem sie die Pflanzen dem gleichen experimentellen Versuchsaufbau von Verhaltenstests unterzogen, in dem sonst Reaktionen und Gegenleistungen bei Tieren untersucht werden, behandelten die Forscher die untersuchten Mimosen gerade so, als würde es sich um ein Tier handeln.

Hierbei trainierten sie das Kurz- und Langzeitgedächtnis der für ihre Berührungsempfindlichkeit bekannten Pflanzen sowohl unter schwachen als auch unter hellen Lichtverhältnissen, in dem sie in kontrollierter Form Wassertropfen auf die Pflanzen fallen ließen.

Wie sich zeigte, gewöhnten sich die Pflanzen sehr schnell daran, dass die Wassertropfen - da sie bei Auftreffen keine Schäden anrichteten - offensichtlich keine Gefahr darstellten, und hörten auf, ihre Blätter in der charakteristischen Art und Weise zu schließen (s.Video).

Dieses angelernte Verhalten eigneten sich die Pflanzen binnen nur weniger Sekunden an und genau wie dies in vergleichbaren Tests mit tagaktiven Tieren zu beobachten ist, lernten sie schneller unter lichtschwachen Umweltbedingungen.


Mimosenpflanze. | Copyright: Bouba (Creative Commons)

http://bewusst-vegan-froh.de/das-bewusstsein-der-pflanzen/

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...lernen20160114/

Tübingen (Deutschland) – In einem von der VolkswagenStiftung geförderten Forschungsprojekt wollen Biologen erforschen, ob sich auch Pflanzen – ähnlich wie Tiere – auf bestimmte Verhaltensweisen konditionieren lassen. Eigentlich sollte den Pflanzen dies nicht möglich sein, da sie kein Gehirn besitzen. Eigentlich. Sollte sich die Idee der Forscherinnen aber dennoch bestätigen, würde dies einmal mehr die Grenzen zwischen Tier- und Pflanzenreich verwischen.

Dr. Michal Gruntman und Professorin Katja Tielbörger vom Institut für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen gehen im Rahmen ihres Forschungsprojekts mit dem Titel „Pawlow’sche Pflanzen“ davon aus, dass Pflanzen sich in ihrem Verhalten gar nicht so grundlegend von Tieren unterscheiden, erläutert die Pressemitteilung der Universität.

Vorbild für die Untersuchungen ist das berühmte Experiment des russischen Nobelpreisträgers Iwan Pawlow: Der sogenannte „Pawlow’sche Hund“ konnte mit einem falschen Signal – einem Glockenton – zu Speichelfluss angeregt werden, auch wenn in der Folge gar kein Futter präsentiert wurde. Diese Konditionierung wurde durch eine vorhergehende Koppelung des korrekten Signals für Futter und des falschen Glockenton-Signals erreicht.

„Wir sind der Meinung, dass Pflanzen keineswegs nur passive grüne Wesen sind, sondern genau wie Tiere ein Verhalten aufweisen können“, sagt Michal Gruntman. Die Wissenschaftlerinnen testen experimentell, ob sich Pflanzen ebenso mit falschen Signalen konditionieren lassen, also ein Verhalten aufweisen, das nichts mit dem Signal selbst zu tun hat.

Zum Thema

Hierzu wollen sie etwa bei der fleischfressenden Venusfliegenfalle und der tastempfindlichen Mimose schnelle Blattbewegungen durch Reize auslösen, die nichts mit Futter oder Gefahr zu tun haben. Ein weiteres Untersuchungsobjekt ist die Ackerschmalwand, eine typische Modellpflanze der Molekularbiologie, an der gegebenenfalls weitere Untersuchungen angeschlossen werden sollen.

© grenzwissenschaft-aktuell.de

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...innern20160122/

Würzburg (Deutschland) – Wer bislang glaubte, die fleischfressende Venusfliegenfalle schnappe rein reflexartig zu, sobald ein Insekt oder Kleinsttier eines ihrer Sinneshaare berührt, der irrt. Wie eine aktuelle Studie zeigt, plant die Venusfliegenfalle nicht nur ihre Ernährung sorgfältig – sie kann auch zählen, wie oft ein Insekt sie berührt, und berechnet daraus den Aufwand für die Verdauung. Selbst eine Form von Gedächtnis sprechen die Wissenschaftler der Venusfliegenfalle zu.

Wie das internationale Team um den Biophysiker Professor Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg aktuell im Fachjournal „Current Biology“ (DOI: 10.1016/j.cub.2015.11.057) berichten, entscheidet die Pflanze nach Berührung der jeweils drei auf jeder Fangblatthälfte sitzenden Sinneshaare anhand der Zahl der Berührungen, ob die Falle zuschnappt und ob die Verdauungssäfte fließen. Die Pflanze, so die faszinierende Erkenntnis der Forscher, kann also zählen.

Wird ein Sinneshaar auf der Venusfliegenfalle nur leicht bewegt, meldet es den ersten Beutekontakt über ein bio-elektrisches Signal. „Ein einzelnes Signal löst aber noch keine Reaktion aus – es könnte sich ja um einen Fehlalarm handeln“, erläutert Hedrich. Doch schon bei der zweiten Bewegung klappt die Falle dann blitzschnell zu.


Eine Fliege auf einer Venusfliegenfalle – noch ist sie nicht zugeklappt.
Copyright/Quelle: Sönke Scherzer / uni-wuerzburg.de

Würde ein Beutetier hinzu nun ruhig bleiben und so kein weiteres Sinnes-Signal verursachen, würde sich die Falle nach einem halben Tag wieder öffnen und das Opfer könnte entkommen. „Weil die gefangenen Tiere sich aber heftig wehren, lösen sie dadurch ein wahres Signalfeuer aus, das ihr Schicksal endgültig besiegelt“, erläutert die Pressemitteilung der Universität Würzburg.

Dass die Venusfliegenfalle jedoch offenbar weiterzählen kann, fand Hedrichs Mitarbeiter Sönke Scherzer heraus: Der Forscher hat gemessen, dass ein gefangenes Insekt in der Falle rund 60 Signale pro Stunde auslöst. Um diese Berührungsreize zu imitieren, stieß Scherzer einzelne Sinneshaare ein bis 60 Mal pro Stunde an und prüfte so, was passiert.

Zum Thema

Das Ergebnis: „Zwei oder mehr Reize setzen den Signalweg des Berührungs- und Wundhormons ‚Jasmonat JA‘ in Gang. Bei fünf und mehr Signalen aktiviert die Pflanze zusätzlich in all ihren 37.000 Drüsen die Gene für Verdauungsenzyme. Diese Aktivierung bleibt aus, wenn vor der mechanischen Stimulierung der Jasmonat-Signalweg experimentell unterdrückt wird.“ Auf diese Weise konnten die Forscher also zeigen, dass das elektrische Signal in den Drüsen in ein hormonelles Signal umgewandelt wird.

Fünf und mehr Signale kurbeln hinzu sogenannte Transportmoleküle an, wie sie für die Aufnahme der verdauten Insekten in die Pflanze sorgen. Auf der Suche nach diesem Mechanismus fiel der Würzburger Doktorandin Jennifer Böhm ein Gen auf, das sowohl durch die Berührung der Sinneshaare als auch durch das Hormon Jasmonat aktiviert wird. Sie konnte nachweisen, dass es sich um einen Ionenkanal handelt, der Natrium transportiert. Dieses Nährsalz fällt beim Verdauen der Insekten in großen Mengen an.


Berührt ein
Insekt die Sinneshaare (rechts oben) einer Venusfliegenfalle, löst das Signale aus (Aktionspotentiale). Die Pflanze zählt dabei mit und reagiert entsprechend.

Copyright/Quelle: Sönke Scherzer / uni-wuerzburg.de

„Wir haben uns dann gefragt, ob die Falle berechnen kann, wie viele Kanäle sie für den Abtransport von Natrium bereitstellen muss“, führt Hedrich aus. Tatsächlich kommen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Pflanze genau dies offenbar kann: „Je üppiger ein Beutetier ist, umso heftiger ist die Gegenwehr und umso häufiger werden die Sinneshaare gereizt. Die Venusfliegenfalle produziert dann entsprechend mehr Ionenkanäle als bei einer zaghaften Gegenwehr.“

Sogar eine Form von Gedächtnis sprechen die Forscher nach ihren Experimenten der Venusfliegenfalle zu: Laut Hedrich kann sich die Pflanze die Zahl der Beuteberührungen mindestens vier Stunden lang merken.

In weiteren Untersuchungen wollen die Forscher die molekularen Grundlagen dieser Merkfähigkeit erkunden und erfahren, ob die Sinnesleistungen von Pflanzen und Tieren auf ähnlichen Grundprinzipien beruhen.

© grenzwissenschaft-aktuell.de

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...rdisch20180511/

Pflanzen kommunizieren unterirdisch:


Schematische Darstellung der durch oberirdische Berührungsstimulation ausgelösten unterirdischen Kommunikation zwischen Nachbarpflanzen (Illu.).
Copyright: Elhakeem et al (PLoS 2018)
Uppsala (Schweden) – Dicht beieinander wachsende Mais-Keimlinge geben im Untergrund über ihre Wurzeln Signale von sich, die das Wachstum ihrer Nachbarpflanzen beeinflussen. Diese Beobachtung haben schwedische Agrarwissenschaftler untersucht und beschreiben damit eine weitere faszinierende Facette der Pflanzenkommunikation.

Pflanzen nutzen ein komplexes System chemischer Kommunikation, mit dem sie ihre Unfähigkeit zur Mobilität ausgleichen können, berichten Forscher um Ali Elhakeem und Velemir Ninkovic von der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften aktuell im Fachjournal „PLoS ONE“ (DOI: 10.1371/journal.pone.0195646). In vielen Fällen geben Pflanzen beispielsweise chemische Sekrete über die Wurzeln in den Boden ab, die dann von Nachbarpflanzen wahrgenommen werden können. Diese Sekrete übermitteln den Pflanzen beispielsweise, ob es sich bei ihrem Nachbarn um eine artverwandte oder fremde Sorte handelt und beeinflussen diese dann entsprechend im Wachstum.

Um diese Kommunikation unter den Pflanzen besser zu verstehen, haben Forscher die jungen Blätter von Maiskeimlingen berührt, um auf diese Weise der Pflanze eine in unmittelbarer Nähe wachsende und sie hin und wieder berührende Pflanzen zu simulieren und dann die von dieser Pflanze über die Wurzeln abgegeben chemischen Lösungen untersucht.

Das Ergebnis: Pflanzen, die diesen Wachstumschemikalien neu ausgesetzt wurden, reagierten auf diesen unmittelbar, in dem sie ihre Ressourcen auf die vermehrte Produktion von Blättern aufwendeten, dafür aber weniger Wurzeln ausbildeten als die Pflanzen einer Kontrollgruppe.

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Die Forscher untersuchten auch neu gekeimte Maispflanzen, um so herauszufinden, ob es Unterschiede innerhalb der Wachstumschemikalien von den berührten Pflanzen und jenen gab, die nicht gestresst worden waren.

Tatsächlich bildeten neue Keimlinge in der Nähe ungestresster Pflanzen bevorzugt Wurzeln in deren Richtung aus, was die Forscher zu der Schlussfolgerung brachte, dass die Pflanzen durchaus zwischen den beiden Sekret-Arten unterscheiden können.

Hinzu konnten die Wissenschaftler anhand ihrer Experimente zeigen, dass selbst jene Pflanzen, die nur kurz oberirdisch berührt wurden, darauf mit Veränderungen ihrer Sekrete im Untergrund derart reagierten, dass ihre Nachbarpflanzen ihre Wachstumsstrategien entsprechend änderten.

„Unsere Experimente zeigen, dass Veränderungen, die durch oberirdischen mechanischen Berührungsstress verursacht werden, durch eine unterirdische chemische Interaktion zwischen den Pflanzen zu einer Art Vorhersage zukünftiger Ressourcen-Konkurrenten dienen.“

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Studie offenbart: Pflanzen “schreien” unter Stress:


Symbolbild: Tomatenpflanze.
Copyright: congerdesign (via Pixabay.com) / Pixabay License
Tel Aviv (Israel) – In einer aktuellen Studie zeigen israelische Wissenschaftler, dass Pflanzen – wenn sie durch Trockenheit oder physische Schäden in Stress geraten – kreischende „Schreie“ im Ultraschallbereich von sich geben. Zu den Untersuchten Pflanzen gehören Tomaten, Tabak, Kakteen und Taubnesseln.

Wie das Team um Itzhak Khait von der Tel Aviv University vorab via bioRxiv.org berichtet, sei das Gekreische der in den Experimenten zunächst belauschten Tomaten- und Tabakpflanzen im Gegensatz zu menschlichen Schreien, zu hochfrequent, als dass Menschen es wahrnehmen könnten.

Aufgezeichnet haben die Forscher die „stillen Schreie“ mit Hilfe von in 10 Zentimetern Distanz platzierten Mikrofonen – setzen sich also in der Umgebung fort. Die von den Forschern beschriebenen Töne rangieren in Frequenzbereichen von 20 bis 100 Kilohertz und könnten damit durchaus auch von einigen anderen Organismen in einem Umkreis von mehreren Metern wahrgenommen werden.

Die Forscher selbst vermuten, dass andere Pflanzen und vielleicht auch Tiere auf diese „Schreie“ reagieren und schlagen vor, dass auch wir Menschen diese Töne mit technischer Hilfe nicht nur wahrnehmen, sondern auch nutzen könnten – beispielsweise in der Präzisionsagrarkultur.

Schon zuvor konnten verschiedenen Untersuchungen und Studien zeigen, dass Pflanzen auf verschiedenste Art und Weise auf Stress durch Trockenheit oder Fraß durch Fressfeinde reagieren können – etwa durch Absonderungen chemischer Botenstoffe oder der Veränderungen von Farbe und Form. Entsprechende Signale scheinen denn auch von anderen Pflanzen und Tieren, ebenfalls auf verschiedene Weise wahrgenommen zu werden. In anderen Fällen konnten Experimente zeigen, dass einige Pflanzen auf Töne reagieren können. Bislang blieben Untersuchungen allerdings die Antwort auf die Frage schuldig, ob Pflanzen selbst auch hörbare Töne produzieren können (…GreWi berichtete, siehe Links u.).

Tatsächlich hatten auch schon frühere Experimente mit Hilfe von direkt an den Pflanzen angebrachten Mikrofonen versucht, nach Geräuschen etwa im Innern von Stängeln und Stielen zu lauschen. Bis auf Geräusche, die durch das bei Austrocknung herbeigeführte Platzen kleiner, durch sogenannte Kavitation im Innern der Stängel entstehenden Bläschen entstehen, bislang jedoch ohne Erfolg.

Zusätzlich zu diesen internen Geräuschen wollten die israelischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun allerdings wissen, ob Pflanzen auch Geräusche von sich geben, die nach außen Dringen und sich in der Luft fortsetzen.

In ihren Experimenten mit Tomaten und Tabak, setzten sie dazu eine erste Gruppe von Pflanzen innerhalb schalldichter Kontainer künstlicher Trockenheit und eine zweite Gruppe mittels physischer Schnitte simuliertem Schädlingsfraß aus. Eine dritte, unberührte Gruppe diente der Studie als Kontrollgruppe.


Grafische Darstellung von Versuchsaufbau und Ergebnissen.
Copyright/Quelle: Khait et al. 2019, bioRxiv.org

Auch nachdem die Forscher externe Geräuschquellen ausgeschlossen hatten, zeigten die Aufzeichnungen der Mikrofone, dass die beiden unterschiedlichen Pflanzenarten auch unterschiedliche Töne in – abhängig vom Stress-Stimulus – unterschiedlichen Raten von sich gaben:


Mammillaria spinosissima.
Copyright: WereSpielChequers (via WikimediaCommons) / CC BY-SA 3.0

So gaben die durch die herbeigeführte Trockenheit gestressten Tomatenpflanzen durchschnittlich 35 Ultraschall-„Schreie“ pro Stunde von sich, während die angeschnittenen Exemplare nur 25 Mal pro Stunde „schrien“. Im Vergleich dazu “kreischten“ die austrocknenden Tabakpflanzen etwa 11 Mal pro Stunde und jene, deren Stängel angeschnitten wurden im selben Zeitraum 15 Mal. Die Pflanzen der Kontrollgruppe gaben hingegen durchschnittlich weniger als ein Mal pro Stunde vergleichbare „Schreie“ von sich.

Anhand der Variationen zwischen den drei Gruppen untersuchten die Forscher auch, ob sie lediglich anhand der aufgezeichneten Töne auf die jeweilige Art schlussfolgern konnten – mit Erfolg. Auf diese Weise könnten – so die hierfür notwendige Technologie nicht zu aufwendig und kostspielig ist – zukünftig Landwirte entsprechende Zustände (etwa: „zu trocken“, „angefressen“ oder „intakt“) ihrer Pflanzen ablesen.

Weitere Untersuchungen könnten überprüfen, ob auch andere Stressfaktoren – wie etwa Krankheiten, ungeeignete Temperaturen oder Salzgehalte der Böden usw. – auf diese Weise individuell erkannt und voneinander unterschieden werden können.

Erste Versuche, die „stummen Schreie“ auch an anderen Pflanzensorten zu messen, verliefen bei Kakteengewächsen wie Mammillaria spinosissima (siehe Abb. l.) und Taubnesseln bereits erfolgreich.

Die Forscher spekulieren nun, ob etwa vielleicht auch Insekten auf entsprechende Töne reagieren und diese vielleicht die Entscheidung zur Eiablage beeinflussen könnten.

Quelle: bioRxiv.org

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