Pflanzen nutzen die Schärfe von Sandwich- und Sushi-Gewürzen, um sich zu verteidigen

Neue Forschungsergebnisse der Universität Kopenhagen belegen erstmals, wie sich Pflanzen gegen Herbivoren wehren. Würzige Aromen, die wir aus Delis und Sushi-Bars kennen, sind ein Teil der Erklärung.

Mit ihren Wurzeln im Boden verankert, sind Pflanzen bewegungslose Büfettartikel für Insektenlarven und andere Pflanzenfresser. Aber nach Millionen von Jahren der Evolution haben Pflanzen eine Methode entwickelt, um räuberische Pflanzenfresser abzuschrecken und das Überleben ihrer nächsten Generation zu sichern.

In wissenschaftlichen Kreisen sind die genauen Mechanismen, wie sich Pflanzen verteidigen, ein wenig rätselhaft. Unter den vielen Beobachtungen, die von Forschern gemacht wurden, wurde 1974 die „Theorie der optimalen Verteidigung“ darüber entwickelt, wie Pflanzen sich gegen Pflanzenfresser verteidigen. Es fehlten jedoch wissenschaftliche Beweise zur Stützung der Theorie.

Jetzt haben Forscher des Department of Plant and Environmental Sciences der Universität Kopenhagen eine Studie in der Fachzeitschrift veröffentlicht PNASder erstmals beweist, wie sich Pflanzen wehren.

„In der Studie beweisen wir, dass sich die alten Blätter einer Pflanze selbstlos opfern, indem sie ihre Abwehrkräfte auf jüngere Blätter umlenken, nur um Larven und andere Pflanzenfresser zu verscheuchen und stattdessen auf die alten Blätter zu vertreiben. Dadurch wird die Pflanze das Überleben seiner nächsten Generation sichert“, erklärt Professorin Barbara Ann Halkier, die die Studie leitete.

Die Wasabi- und Senfverteidigung

Die Abwehrchemie einer Pflanze enthält genau dieselben Substanzen, die dazu führen, dass Wasabi und Senf ein brennendes Gefühl im Mund hervorrufen. Doch anstatt als kulinarisches Gewürz zu dienen, dienen diese scharf schmeckenden Pflanzenstoffe in erster Linie der Abwehr unersättlicher Pflanzenfresser.

Glucosinolate, wie diese Stoffe genannt werden, kommen natürlicherweise in Pflanzenblättern vor. Erst wenn Pflanzenfresser beginnen, das Blatt zu fressen, und Pflanzengewebe zerkleinert wird, kommt das Enzym Myrosinase mit den Glucosinolaten in Kontakt, die gespalten werden, um ihre starken und leicht toxischen chemischen Abwehrstoffe freizusetzen. Pflanzen können die Menge dieser Abwehrstoffe in jedem Blatt selbst regulieren, was besonders deutlich wird, wenn neue Samen produziert werden.

„Wenn eine Pflanze blüht, dreht sich alles um die nächste Generation. An diesem Punkt ist es wichtiger, die jungen Blätter zu verteidigen, die zukünftige Samen liefern, als die älteren. Dadurch steigt die Konzentration von Glucosinolaten in jüngeren Blättern , was wir erstmals wissenschaftlich bewiesen haben“, erklärt Professor Alexander Schulz.

Forschern half eine Mutante

Durch Veränderung ihrer genetischen Eigenschaften schufen die Forscher eine mutierte Ackerschmalwandpflanze (Arabidopsis thaliana), die neu programmiert wurde, um ihre chemische Abwehr gleichmäßig auf alte und junge Blätter zu verteilen, anstatt größere Dosen auf die jungen Blätter zu richten.

Als die Larven losgelassen wurden, war für die Forscher deutlich zu sehen, dass sie wahllos junge und alte Blätter verschlangen, während die Larven bei einer normalen Pflanze die scharfen jungen Blätter weitergaben.

In erster Linie liefern die Studienergebnisse den Forschern zufolge eindeutige Hinweise darauf, wie Pflanzen ihre Abwehrkräfte optimieren und die nächste Generation schützen. Das Ergebnis liefert aber auch neue Erkenntnisse, die für eine vorsichtigere Bekämpfung von landwirtschaftlichen Schädlingen wie dem afrikanischen Baumwollblattwurm (Spodoptera littoralis), einer der verheerendsten Mottenlarven für landwirtschaftliche Nutzpflanzen, genutzt werden könnten.

„Das neue Wissen könnte in anderen Studien genutzt werden, in denen versucht wird, die Abwehrkräfte einer Pflanze gegen Schädlinge zu stärken, um den Einsatz von Pestiziden in der Landwirtschaft einzuschränken“, schließt Barbara Ann Halkier.