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Chemische "Sprache" der Pflanzen zur Warnung vor hungrigen Pflanzenfressern

Jüngste EU-Forschungsarbeiten deuten darauf hin, dass der Wüsten-Beifuß Alarmsignale senden und empfangen kann, um Pflanzenfresser wie Käfer davon abzuhalten, die Pflanze zu fressen. Experimente mit dem Strauch zeigen, dass er am besten mit anderen Pflanzen kommuniziert, die ähnliche chemische Verbindungen absondern.

Grundlagenforschung

Pflanzen können sich – ähnlich wie Menschen – gegenseitig vor Raubtieren warnen, wie neue Forschungsergebnisse zeigen. Anstelle der gesprochenen Sprache geben Pflanzen flüchtige Verbindungen an die Luft ab, die von einer ausgewählten Gruppe von Mitpflanzen verstanden werden können, welche ähnliche Verbindungen besitzen und absondern. Der wissenschaftliche Mitarbeiter Patrick Grof-Tisza von der Universität Ostfinnland führte Feld- und Laborexperimente mit Artemisia tridentata durch, allgemein bekannt als Wüsten-Beifuß. Die Proben wurden gemäß den enthaltenen und abgesonderten chemischen Verbindungen in Chemotypen gruppiert. „Unsere Ergebnisse zeigen deutlich die chemotypabhängige Kommunikation“, berichtet Grof-Tisza. „Das wäre analog zu Sprachdialekten in der menschlichen Sprache. Zwei Personen mit ähnlichen Dialekten könnten miteinander kommunizieren, während andere Dialekte für eine effektive Kommunikation zu unterschiedlich sind.“ Während des Projekts CVVOC führte Grof-Tisza mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen Feldforschungen in den Bergen von Sierra Nevada im Osten Kaliforniens, in der Nähe der Sagehen Feldstation bei der University of California, Davis durch. Richard Karban, Professor an der University of California, Davis, war an der Forschung beteiligt. Grof-Tisza führte auch eine parallele Studie in Wachstumskammern des Labors der Universität Ostfinnland durch, die von James Blande, dem Leiter der Forschungsgruppe für Umweltökologie, überwacht wurde.

Vergrabener Schatz

Die Bergkulisse für die Feldarbeit war wunderschön, aber aufgrund des unvorhersehbaren Wetters herausfordernd. „Als ich zu meiner zweiten Feldsaison von Finnland nach Kalifornien flog, fand ich unsere Wüsten-Beifußpflanzen unter einem Meter Schnee. Deswegen mussten meine Studentenassistenz und ich im knietiefen Schnee um einen Berg zu laufen, um neue Pflanzen zu finden!“ fügt Grof-Tisza hinzu. Diese mühevolle Arbeit hat das Verständnis von Forschenden in der Ökologie für die Art und Weise der Kommunikation und des Selbstschutzes von Pflanzen bereichert. Experimente ergaben, dass Pflanzen, die Alarmsignalen ausgesetzt waren, am Ende der Vegetationsperiode weniger durch Pflanzenfresser geschädigt wurden als Vergleichspflanzen, die nur der Luft ausgesetzt waren. In einem Folgeexperiment entschied sich ein Käfer dafür, Vergleichsblätter häufiger zu konsumieren als Blätter, die Alarmsignalen einer Pflanze mit einem ähnlichen Chemotyp ausgesetzt waren. „Dieser Käfer kann eine ganze Pflanze vollständig entlauben. Daher ist es äußerst vorteilhaft, ihn abschrecken zu können“, erklärt Grof-Tisza. Karban und sein Kollege Louie Yang haben später gezeigt, dass Käfer sich von induzierten Pflanzen die ihre Abwehrreaktion erhöht haben, nachdem sie ein Alarmsignal von einer anderen Pflanze erhalten haben, eher wegbewegen. Sie veröffentlichten ihre Arbeit in einem Artikel in der Fachzeitschrift „Journal of Animal Ecology“. Das Team des Projekts CVVOC entwickelte eine neue Methode zur Kategorisierung von Pflanzen in Chemotypen sowie neue Bioassays, enzymatische Assays und einen Genexpressionsassay zur Bewertung der Pflanzenkommunikation im Wüsten-Beifuß. „Diese Instrumente werden zukünftige Studien beschleunigen und die Zuverlässigkeit der Ergebnisse verbessern“, erklärt Grof-Tisza. Er teilte detaillierte Informationen in einem Artikel mit dem Titel „Assessing plant-to-plant communication and induced resistance in sagebrush using the sagebrush specialist Trirhabda pilosa“ in der Fachzeitschrift „Arthropod-Plant Interactions“. COVID-19-Beschränkungen unterbrachen seine Arbeit, aber Grof-Tisza ist dennoch zufrieden mit seinen Fortschritten. Seine Forschung beleuchtet die ökologische Bedeutung der chemotypischen Vielfalt und die sie aufrechterhaltenden Prozesse. „Chemotypabhängige Kommunikation verschafft Pflanzen einen Wettbewerbsvorteil.“

Schlüsselbegriffe

CVVOC, Wüsten-Beifuß, Käfer, Chemotyp, chemotypabhängige Kommunikation, Pflanzen

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