Die Intelligenz der Pflanzen
Die Natur und die Pflanzen sind eine Quelle der Inspiration, der Entdeckung und der Schönheit und sie bilden die Grundlage für das Entwicklungsmodell der Forscher, die bestrebt sind, seit mehr als 35 Jahren die Intelligenz der Natur in natürliche Lösungen umzuwandeln, indem sie Wissenschaft, Kreativität und absolute Sicherheit miteinander verbinden, immer mit Respekt für die Umwelt.
Was versteht man unter Gedächtnis? Es handelt es sich um die „Möglichkeit, dass ein Signal für eine bestimmte Zeit gespeichert wird und dass es in bestimmten Situationen mit Hilfe eines anderen Signals wieder hervorgerufen werden kann“. Die Blätter der Mimose (Mimosa pudica L.) klappen sofort ein, wenn jemand sie berührt oder wenn die Pflanze in einem Topf abrupt wächst.
Wird die Manipulation des Topfes jedoch mehrmals wiederholt, nimmt die Reaktion der Blätter allmählich ab und verschwindet schließlich, auch wenn die Pflanze ihre Blätter bei Berührung weiterhin schließt. Die Mimose hat sich also gemerkt, dass es nicht gefährlich ist, aufrecht zu stehen. Es wurde festgestellt, dass die Mimose diese Information etwa 40 Tage lang speichert.
Wenn ein Windstoß die Äste der Pappel (Populus tremula L.) biegt, schaltet sich nach 30 Minuten ein Gen ein, das bis dahin inaktiv war, als Reaktion auf den erzeugten Stress. Wenn der Wind die Äste mehrere Tage hintereinander erneut biegt, hört das Gen für fast eine Woche auf zu exprimieren. Der Baum hat also registriert, dass die Wirkung des Windes keine Bedrohung für sein Überleben darstellt. Dies ist ein Gewöhnungsphänomen.
Im Gegensatz zu uns merken sich die Pflanzen keine Fakten, wie z.B. den Umweltreiz (Kälte, Insektenstich), sondern die Art der Reaktion, die sie ausführen werden Gerbstoffproduktion, Biegen der Blätter, usw. genannt.
Ein deutscher Wissenschaftler weist darauf hin, dass „das Wichtigste ist, dass die meisten Moleküle, die für die Kommunikation und die neuronalen Aktivitäten im menschlichen Gehirn verantwortlich sind, auch in den Pflanzen vorhanden sind und sehr ähnlich funktionieren. Der Prozess ist sehr ähnlich und impliziert in gewisser Weise, dass auch Pflanzen über Informations-, Gedächtnis-, Entscheidungs- und Problemlösungsprozesse verfügen“.
Ein anderer weist darauf hin, dass es sich nicht um einen „Gedächtnis- oder Lernprozess handelt, der mit dem unseren vergleichbar ist. Eine Pflanze zum Beispiel, die von Zeit zu Zeit bewässert wird, ist es gewohnt, unter trockenen Bedingungen zu leben, sie „erinnert sich“. Wenn sie jedoch viel gegossen wird, stirbt die Pflanze an dem Tag, an dem sie nicht gegossen wird, da sie auch von dem abhängt, was in früheren Episoden geschehen ist“.
Dieses Gedächtnis wird normalerweise durch die Expression eines Gens aktiviert, das bis zu diesem Zeitpunkt inaktiv war. „Gene können sich durch Umweltfaktoren wie Stress chemisch verändern, und diese epigenetischen Veränderungen können in bestimmten Fällen an die nächste Generation weitergegeben werden. Diese Empfindlichkeit des Genoms ist überraschend, und wir beginnen gerade erst, den Umfang der epigenetischen Kontrolle der Pflanzenentwicklung zu erforschen“, erklärt ein Professor von der University of California.
Wo befindet sich aber das „Pflanzengehirn“?
Pflanzen sind in der Lage, in allen Zellen ihres Organismus elektrische Signale zu erzeugen und auszusenden. Aus dieser Sicht existiert eine Art “diffuses Gehirn“, während bei den Tieren alles in einem einzigen Organ konzentriert ist. Wie Charles DARWIN, der 1880 in seinem Werk „The power of motion in plants“ die Wirkung der Wurzeln mit der des tierischen Gehirns verglich, haben sich die Vertreter der Neurobiologie bei ihren Forschungen häufig auf die Wurzeln konzentriert.
Die Autoren konzentrieren sich tatsächlich auf das Wurzelsystem, den Ort wichtiger elektrischer Aktivität (elektrische Impulse) und Chemie, genauer gesagt auf eine nur wenige Millimeter lange Zone an der Spitze jeder Wurzel, die so genannte „Übergangszone“. Ausgestattet mit einer sehr hohen Empfindlichkeit gegenüber Umweltreizen, findet dort, in den Wurzelspitzen, die mehrfache Integration der erhaltenen Informationen statt. Die Integrationszentren aller Wurzeln sind miteinander verbunden (da alle Wurzeln zusammenlaufen) und funktionieren wie ein Netzwerk. Selbst wenn sie rudimentär und klein sind, können sie aufgrund ihrer Anzahl (Millionen) wie ein dezentrales Gehirn funktionieren.
Um auf die Skepsis eines Teils der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu reagieren, die Befürworter der Pflanzenneurobiologie mit dem Hinweis auf eine Situation, die sich vor fast hundert Jahren ereignet hat: „Es ist eine Frage der Zeit, so wie damals, als die Pflanzenbiologen über Hormone sprachen: Dass Pflanzen Hormone haben, galt damals als undenkbar, während es heute etwas Anerkanntes ist“!
Die Pflanzenbiologie beobachtet seit fast zwei Jahrzehnten überraschende Fähigkeiten, von denen man glaubte, sie seien der Tierwelt vorbehalten. Pflanzen kommunizieren miteinander, entwickeln Strategien zur Bekämpfung ihrer Angreifer, warnen ihre Nachbarn bei Gefahr und greifen auf geheimnisvolle elektrische Signale zurück.
Die Kommunikation zwischen Pflanzen
Ein südafrikanischer Wissenschaftler entdeckte in den 1990er Jahren bei Akazien (Acacia drepanolobiu) im südafrikanischen Transvaal-Reservat einen überraschenden Abwehrmechanismus gegen Wiederkäuer. Nach dem unerklärlichen Tod von mehr als 2000 Antilopen führte der in Pretoria ansässige Forscher eine wissenschaftliche Untersuchung durch, die erstens zeigte, dass das Antilopensterben auf das Vorhandensein von Tanninen in ungewöhnlich hohen Konzentrationen im Vergleich zu den normalerweise beobachteten Werten zurückzuführen ist, die mit einem erheblichen Verzehr von Blättern einhergehen.
Einige Tannine, die in großen Mengen aufgenommen werden, können bei Wiederkäuern eine akute Verdauungstoxizität verursachen. Die Entwicklung einer induzierten chemischen Abwehr bei Pflanzen (Produktion von Alkaloiden, Tanninen und anderen für Tiere schädlichen Bestandteilen) ist ein bekannter Mechanismus, aber was danach geschah, war weniger bekannt.
Ein vollständiges Verständnis des Phänomens kam in einem zweiten Moment, als man feststellte, dass die durch den Durchgang von Wiederkäuern beschädigten Zweige eine flüchtige organische Verbindung, das Ethylen, abgaben. Durch diese Emission wird die Gerbstoffproduktion in den benachbarten Akazien aktiviert, bevor die Wiederkäuer eintreffen. Auf diese Weise warnen die Akazien ihre Nachbarn vor der Gefahr, die daraufhin ihr Abwehrsystem aktivieren.
Die Kommunikation zwischen Pflanzen kann auch unterirdisch erfolgen. Dies ist bei Tomaten der Fall, und zwar mit Hilfe eines Wurzelpilzes, mit dem sie Mykorrhizen bildet. In einer Studie wurden nach dem Anpflanzen von Tomatenpflanzen in Paaren die Blätter einer der beiden Pflanzen mit einem pathogenen Pilz infiziert. Es wurde festgestellt, dass der benachbarte gesunde Stängel anfing, Abwehrenzyme zu produzieren, die normalerweise bei einem Pilzbefall gebildet werden. Befindet sich dagegen kein Pilz an den Wurzeln oder verhindert eine Wand die Verbindung der beiden Pflanzen, werden die Abwehrkräfte der gesunden Tomate nicht mobilisiert.
So können Abwehrmechanismen gegen Parasiten oder Fressfeinde als Reaktion auf Signale von benachbarten befallenen Pflanzen etabliert werden, noch bevor sie selbst Opfer eines Angriffs werden – großartige Beispiele für gegenseitige Hilfe und kooperative Beziehungen zwischen Pflanzen.
Die unterirdische Kommunikation
Mehrere Arbeiten zeigen, dass viele Pflanzen in der Lage sind, zu erkennen, ob ihr Nachbar zur selben Art gehört und ob eine „verwandtschaftliche“ Beziehung besteht. In der ersten Studie dieser Art, die 2007 durchgeführt wurde, zeigte sich, dass Pflanzen von Cakile edentula, die neben Pflanzen wuchsen, die aus dem Samen desselben Individuums hervorgegangen waren, nach 40 Tagen weniger Wurzeln bildeten als Pflanzenpaare, die nicht aus dem Samen desselben Individuums hervorgegangen waren, und es somit vorzogen, ihre Energie in die Entwicklung ihres Fortpflanzungsapparats zu investieren.
Ein letztes interessantes Beispiel für eine mögliche Zusammenarbeit ist das der Oregon-Kiefer (Pseudotsuga menziesii). Ein kanadisches Team bedeckte die Zweige der Konifere in Gegenwart von mit Kohlenstoff 14 markiertem CO2 mit Plastiktüten. Sie beobachteten, dass ein Teil der Radioaktivität auf die vielen Bäume in der Umgebung übertragen wurde, aber vor allem, dass die wichtigste Übertragung zwischen den größten alten Bäumen und den jungen Bäumen zu ihren Füßen stattfand, die in der Regel aus ihren eigenen Samen entstanden sind.
Diese Nahrung wird von den Bodenpilzen transportiert, die die Wurzeln der Bäume miteinander verbinden (Mykorrhiza). Die alten Bäume haben also die Funktion eines kritischen Punktes, der alle Individuen miteinander verbindet und die Nährstoffströme verteilt, insbesondere an die jüngeren Bäume.
Elektrische Signale als Mittel der Kommunikation
Obwohl die elektrische Aktivität von Pflanzen bekannt war, wurde ihre Bedeutung lange Zeit unterschätzt. Ein Team von der Universität Lausanne fragte sich, „ob diese elektrischen Signale, die bei einer Schädigung der Pflanze entstehen, Abwehrmechanismen auslösen können“, da Abwehrproteine nicht nur in den geschädigten, sondern auch in den gesunden Teilen der Pflanze produziert werden.
Dank des Modells der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) konnte das Team die Gene identifizieren, die das elektrische Signal aktivieren, und den Zusammenhang zwischen der Aktivierung von Abwehrproteinen außerhalb des geschädigten Bereichs nachweisen.
Ein Wissenschaftler argumentierte: „Überraschend ist, dass diese Gene den Genen sehr ähnlich sind, die in den schnellen Synapsen des menschlichen Gehirns aktiviert werden, obwohl Pflanzen keine Neuronen haben. Das ist sehr faszinierend und aufregend.“
Die Hypothesen konzentrieren sich auf das Gefäßsystem der Pflanze, das aus Phloem (Gewebe, das den Saft vom Blatt zum Rest der Pflanze leitet) und Xylem (Gewebe, das den Rohsaft – Wasser und Mineralsalz – von den Wurzeln zum Rest der Pflanze leitet – besteht. Laut neuesten Erkenntnissen denken viele Forscher, dass entweder die eine oder die andere Zelle an der elektrischen Übertragung beteiligt ist, während man davon ausgeht, dass diese beiden Zelltypen bei der Übertragung des Signals zusammenarbeiten. Wir wissen jedoch immer noch nicht, wer was tut.
Allerdings weiß man heute, dass es in Pflanzen Phänomene der Exozytose und Endozytose gibt, d.h. Phänomene des Ausstoßes und der Aufnahme von Molekülen durch die Membran, die an die Nervensynapsen bei Tieren erinnern. Pflanzen haben zwar keine Neuronen, keine Synapsen und auch kein Organ, das man als Gehirn bezeichnen könnte; bei ihnen läuft alles viel langsamer ab – aber man kann durchaus von “Pflanzenneurobiologie“ sprechen.
Zum Abschluss
Die Pflanzenbiologie beobachtet seit fast zwei Jahrzehnten überraschende Fähigkeiten, von denen man einst glaubte, sie seien der Tierwelt vorbehalten. Pflanzen kommunizieren miteinander, entwickeln Strategien zur Bekämpfung ihrer Angreifer, warnen ihre Nachbarn bei Gefahr und greifen auf geheimnisvolle elektrische Signale zurück.
Es sei daran erinnert, dass das Leben von uns Menschen vollständig von den Pflanzen abhängt, und zwar nicht nur für die Sauerstoffversorgung, sondern auch für die Deckung unseres Energiebedarfs in Form von fossilen Ressourcen, die sich über Millionen von Jahren angesammelt haben, sowie für die Bereitstellung von Nahrungsmitteln und Medikamenten.
Übrigens
Brasilien ist das Land mit der größten Pflanzenvielfalt auf der Erde. Allein an Pflanzen hat man 55.000 Arten in Brasilien gezählt1. Unter ihnen sind auch besonders viele endemische Arten, sie kommen also nur hier vor. Die meisten Pflanzenarten findet man im Amazonas-Regenwald, der rund ein Zehntel aller Pflanzen- und Tierarten der Erde beheimatet. Zu den typischen Pflanzen des Regenwaldes gehören Lianen, Aufsitzerpflanzen, Orchideen, Paranussbäume, Gummibäume und Açaí-Palmen.
Neben dem Regenwald gibt es auch andere Biome in Brasilien, die eine reiche Flora aufweisen. Zum Beispiel gibt es im Atlantischen Regenwald, der an der Ostküste Brasiliens liegt, rund 19.300 Pflanzenarten. Im Cerrado, einer Savannenlandschaft im Zentrum Brasiliens, gibt es ca. 12.600 Pflanzenarten. In der Caatinga, einer Trockenlandschaft im Nordosten Brasiliens, gibt es gut 5.200 Pflanzenarten. In der Pampa oder Südlichen Savanne im Süden Brasiliens gibt es aktuell rund 1.960 Pflanzenarten. Und im Pantanal, einer Sumpflandschaft im Südwesten Brasiliens, gibt sind es etwa1.240 Pflanzenarten.
Eine genaue Anzahl von Pflanzenarten in den verschiedenen Biomen ist nicht möglich, da jährlich neue Arten dazu kommen, aber auch viele ausgestorben sind oder gar noch nicht erforscht wurden und unbekannt sind.
