SENDETERMIN So., 13.06.10 | 17:03 Uhr | Das Erste

Was Pflanzen zu sagen haben

Venusfliegenfalle erbeutet eine Ameise | Bild: BR

Die Venusfliegenfalle ist eine der außergewöhnlichsten Pflanzen. Sie hat Wurzeln, aber gleichzeitig sorgt sie mit mörderischer Hinterlist für gehaltvolle Nahrung. Sobald ein Insekt über ihre Fangblätter trippelt, schnappt sie zu. Und nur bei Insekten. Ein Blatt, das zufällig auf ihre Fangblätter weht, wird verschmäht. Die Venusfliegenfalle spürt also offenbar die Berührung eines Insekts. Sie kann den Reiz identifizieren und darauf reagieren. Sie ist sensibel! Schon vor 140 Jahren entdeckte die Wissenschaft, dass dabei elektrische Signale eine Rolle spielen. Auch Charles Darwin schrieb 1875 darüber. Allerdings erlaubten es die technischen Möglichkeiten der Zeit noch nicht, die Bedeutung dieser Signale in Pflanzen weiter aufzuklären.

Spektakulär waren die Experimente des CIA-Mannes Cleve Backster, der in den 1960er Jahren einen Philodendron an einen Lügendetektor angeschlossen hatte und dessen Reaktionen maß. Allerdings konnten seine Ergebnisse von anderen Wissenschaftlern nicht bestätigt werden. Die Experimente waren nicht reproduzierbar. Nicht zuletzt wegen dieses "Skandals" geriet die Erforschung der elektrischen Signale bei Pflanzen in Verruf. Von da an galt sie lange Zeit als 'Pseudowissenschaft'.

"Nervensystem" der Pflanzen

In der Wurzelspitze von Mais vermuten einige Forscher ein Pflanzengehirn. | Bild: BR

Heute aber erlebt die sogenannte Elektrophysiologie bei Pflanzen eine Renaissance. Auch wegen neuer provokanter Thesen. So glaubt zum Beispiel Prof. Dieter Volkmann und sein Mitarbeiter František Baluška von der Universität Bonn, dass Pflanzen so etwas wie ein Nervensystem haben. "Pflanzen sind sehr sensibel", sagt Baluška. "Sie überprüfen ständig bis zu 20 verschiedene Umweltparameter wie Licht, Schwerkraft, Temperatur, Feuchtigkeit. Das ist nur möglich, weil Pflanzen eine Art neuronales Netzwerk, ein Nervensystem haben, das durchaus mit dem von Tieren vergleichbar ist. Dieses Nervensystem nimmt Umweltreize auf, übersetzt sie in elektrische Signale, die gespeichert und verarbeitet werden. Die Pflanzen können so ihr Verhalten an die jeweiligen Umweltbedingungen anpassen und überleben."

Die Botaniker haben vor fünf Jahren eine Gesellschaft für "Pflanzenneurobiologie" gegründet und geben eine eigene Zeitschrift heraus. Auch Stefano Mancuso von der Universität Florenz ist eine treibende Kraft in dem Projekt. Mancuso und Baluška glauben sogar, ein zentrales Element dieses pflanzlichen Nervensystems entdeckt zu haben: ein Pflanzengehirn. In den Spitzen von Maiswurzeln fanden sie Zellen, die ständig elektrische Signale feuerten. Ab und zu sogar synchron. Eine Beobachtung, die auch von der Arbeitsweise unseres Gehirns bekannt ist. "Wir glauben deshalb, dass es sich hier um eine Art 'Kommando-Zentrale' in der Pflanze handelt, in der Reize verarbeitet und die Reaktionen der Pflanze koordiniert werden."

Den elektrischen Signalen auf der Spur

Ein Feuerreiz löst bei diesem Orchideenbaum ein elektrisches Signal aus

Ein Feuerreiz löst bei der Pflanze ein elektrisches Signal aus | Bild: BR

Weltweit sind nur wenige Forscher den elektrischen Signalen in den Pflanzen auf der Spur. Einer von ihnen ist Jörg Fromm von der Universität Hamburg. Er möchte wissen, wie die elektrischen Signale entstehen, wie sie weitergeleitetWissenschaftler beobachten wie nach einem elektrischen Signal die Photosynthese in einem Blättern stoppt werden und vor allem: was sie bewirken! Was ist dran am ‚Nervensystem’?
Verschiedenste Pflanzen hat das Forscherteam um Jörg Fromm schon unter die Lupe genommen. Mimose, Mais, Pappel, Wein und Hibiskus. Die Pflanzen müssen während der Experimente mit einem Faradayschen Käfig abgeschirmt sein. Anders lassen sich die winzigen elektrischen Signale in ihnen kaum registrieren. Hauchdünne Elektroden kommen zum Einsatz, die zielgenau in Blättern oder Stängeln platziert werden müssen. Der Reiz, den Jörg Fromm seinen Pflanze meist zumutet, ist ziemlich drastisch: Feuer!

Sobald die Flamme einem Blatt zu nahe kommt, schlagen die Messgeräte aus. Sie registrieren ein elektrisches Signal im Blatt. Ausgelöst durch das Feuer. Aber nicht nur das Blatt, das mit der Flamme traktiert wurde, zeigt das elektrische Signal. Auch benachbarte und weiter entfernte Blätter werden nach Flammenreiz von elektrischen Impulsen durchzuckt. Allerdings zeitversetzt. Das Elektrische Signal breitet sich über den Pflanzenkörper aus, nachdem es an einem bestimmten Punkt durch einen Reiz entstanden ist. „Bei Wein konnten wir bereits zeigen, dass elektrische Signale über eine Distanz von eineinhalb Meter geleitet wurden“, erklärt Jörg Fromm. „Wir Glauben, dass die Signale in der Pflanze aber noch viel weiter geleitet werden können. Aktuell untersuchen wir deshalb Tropenbäume, wie einen acht Meter hohen Orchideenbaum.“ Mit ungefähr ein bis drei Zentimeter pro Sekunde breiten sich die elektrischen Signale in der Pflanze aus. Die Venusfliegenfalle bringt es aber auf 17 Zentimeter pro Sekunde – die schnellste bekannte Reizleitung im Pflanzenreich.

Elektrische Signale steuern den Pflanzenorganismus

Wissenschaftler beobachten wie nach einem elektrischen Signal die Photosynthese in einem Blättern stoppt | Bild: BR

Bei der Venusfliegenfalle ist die Bedeutung des elektrischen Signals klar: Es löst den Klapp-Mechanismus der Fangblätter aus. Aber was bewirkt das elektrische Signal, das durch Feuer in Pflanzen ausgelöst wird? Jörg Fromm hat die Antwort auf diese Frage gefunden – mit Hilfe von Chlorophyll-Fluoreszenz-Messungen. Damit können die Wissenschaftler die Photosynthese in den Blättern von Pflanzen quasi "live" verfolgen. Sobald die Blätter von Wein oder Pappel mit Feuer gereizt werden, breitet sich ein elektrisches Signal über die Pflanze aus und die Photosynthese in den Blättern wird rapide zurückgefahren und schließlich vorübergehend ganz eingestellt. "Vielleicht ein Schutzmechanismus", vermutet Jörg Fromm. "Bei Feuer will die Pflanze ihre Energie nicht verschwenden und stellt ihre Aktivität ein. Die gesparte Energie kann dann in die Regeneration gesteckt werden!" Das elektrische Signal bewirkt also eine biochemische Reaktion. Der Pflanzen-Organismus wird so gesteuert - wie mit einem Nervensystem. Verschiedenste Beispiele dieser Steuerung hat Jörg Fromm schon entdeckt und untersucht. Zum Beispiel löst nur ein Pollen auf dem Stempel einer Hibiskusblüte ein elektrisches Signal aus. Dieses bewirkt, dass der Stoffwechsel im Fruchtknoten angekurbelt wird. Die Blüte macht sich so bereit für die bevorstehende Befruchtung. Mais, der länger in trockener Erde steckte und dann plötzlich wieder Wasser bekommt, sendet elektrische Signale aus der Wurzel in die Pflanze. Auch durch sie gerät der Stoffwechsel wieder in Fahrt.

Es gibt also tatsächlich Hinweise auf so etwas wie ein "Nervensystem" bei Pflanzen. Aber zu weit möchte Jörg Fromm den Vergleich dennoch nicht treiben: "Es gibt zwar unterschiedliche elektrische Signale auf unterschiedliche Reize, die auch in bestimmten Strukturen der Pflanzen weitergeleitet werden," erklärt der Hamburger Professor, "aber wir finden keinerlei Synapsen und Schaltstellen, die auf ein neuronales Netwerk deuten würden. Und vor allem finden wir kein Gehirn in den Pflanzen!"

"Pflanzengehirn" nur eine Methapher

Die Frage bleibt: Was und wie spüren Pflanzen? | Bild: BR

Auch František Baluška von der Universität Bonn relativiert: "Natürlich ist das Wort 'Gehirn' im Zusammenhang mit Pflanzen sehr provokativ. Aber wir wollen mit dieser Metapher eine neue und offene Diskussion anregen. Denn Pflanzen sind sicher viel komplexer, als es die Wissenschaft momentan annimmt." Dass Pflanzen viel "sensibler" sind als lange Zeit gedacht, ist heute unter den Wissenschaftlern nicht mehr umstritten. Aber letztlich ist noch viel zu wenig bekannt über das, was Pflanzen wirklich 'spüren' und wie sie Umweltreize verarbeiten und darauf reagieren. Die Welt der Pflanzen hält also bestimmt noch einige Geheimnisse bereit.