Sind Pflanzen Lebewesen, die kommunizieren und ein Gedächtnis haben?

Für Charles Darwin war es durchaus vorstellbar, dass auch Pflanzen einen Verstand besitzen und experimentierte etwa mit Pflanzen und bemerkte, dass sie auf Reize an einer Stelle ihres Körpers auf einer ganz anderen Stelle reagieren, dass sie also Information durch Nervenbahnen übertragen können. Pflanzen beginnen auch, wenn sie von Insekten oder von Mikroorganismen befallen werden, eine gewisse Folge von Duftsignalen auszusenden.

Bäume kommunizieren aber  nur über Duftbotschaften, sondern auch über Pilze, die wie eine Art Glasfasernetz den ganzen Boden durchziehen, denn über ihr Feinwurzelsystem können Bäume und Pflanzen zu diesen Mykorrhiza genannten Pilzen Kontakt aufnehmen. Verschiedene Bäume werden durch sie in ein Netzwerk zusammengebunden, sodass Informationen von Baum zu Baum weitergeleitet werden können. Mykorrhiza ist dabei ein spezieller Bodenpilz, wobei die höher wachsenden Pflanzen und Bäume als Lieferanten für Nährstoffe fungieren, d. h., ohne Pflanzen kann dieser Pilz nicht funktionieren. Der Pilz erhält für seine Dienste als Informationsvermittler die Zuckerlösung aus der Fotosynthese der Bäume und anderer Pflanzen. Die Pflanzen erhalten hingegen die Mineralien und das Wasser.

Bäume besitzen auch insofern ein Gedächtnis, denn sie müssen zu ihrem Überleben manchmal vorausschauend sein und ein Gefühl dafür haben, was auf sie irgendwann zukommt. Pflanzen und Bäume nehmen die wichtigsten Umweltdaten kontinuierlich wahr, und diese Daten speichern sie auch und stellen sich mit ihrer Hilfe auf Veränderungen ein, indem sie sich etwa auf starke Temperaturschwankungen vorbereiten. Pflanzen nehmen an die zwanzig und vermutlich auch noch mehr Parameter aus der Umwelt auf, bringen diese Werte irgendwie auch zusammen und treffen auf dieser Grundlage dann Entscheidungen. Da sich diese Parameter ständig ändern, müssen auch die Entscheidungen immer wieder neu getroffen werden. So weiß man, dass sich Pflanzen auf den Klimawandel einstellen.

Das Gehirn der Pflanze wird in der Wurzelspitze vermutet, d. h., die Wurzelspitze ist jene sensorische Domäne, wo all die wichtigen Parameter nicht nur gespeichert sind, sondern auch Lösungswege gefunden werden. Aufgrund der gespeicherten Informationen entschließt sich die Wurzel etwa, nach oben, unten, rechts oder links zu wachsen, um etwa ungünstige Regionen zu umwachsen. Bekannt ist, dass Wurzelspitzen etwa den Salzstress schon sehr früh spüren und in derartige Böden gar nicht erst hineinwachsen, sondern diese umgehen.

Eher kurios mutet an, was der italienische Botaniker Stefano Mancuso denkt, denn er hält Pflanzen für intelligente Wesen, die sich in einer Duftsprache miteinander unterhalten und ein Gedächtnis besitzen, weshalb sie auch lernen könnten. Angeblich spielen Sonnenblumen sogar miteinander, denn er hat auf Zeitraffervideos beobachtet, dass Sonnenblumen sich ständig im Kreis drehen und dadurch versuchen, ihre Umgebung und einander kennenzulernen, um herauszufinden, wie sie zusammenleben können. Der Botaniker hält sie demnach für soziale Pflanzen, sodass sie auch nur auf eine ethisch vertretbare Weise angebaut werden sollten.

Stress-Gedächtnis von Pflanzen

Nach neueren Studien haben Pflanzen eine Möglichkeit entwickelt haben, sich an früheren Stress zu erinnern, etwa an sehr hohe Salzwerte, wodurch kommende Pflanzengenerationen deutlich widerstandsfähiger werden. Dabei wird das “Stress-Gedächtnis” epigenetisch in bestimmte Bereiche der Pflanzen-DNA einprogrammiert, wobei dabei chemische Veränderungen der Cytosin-Methylierung entscheidend sind. Bekanntlich ist es durch die zunehmende Bedrohung durch die Klimaveränderung notwendig, Pflanzenarten zu züchten, die einen höheren Ertrag liefern und auch unter schwierigen Umweltbedingungen wachsen können.
Die nun gemachte Entdeckung des Mechanismus, durch den Pflanzen in der Lage sind, sich an frühere Belastungen zu erinnern und sich entsprechend selbst zu optimieren, soll die Züchtung von Pflanzen ermöglichen, die diesen Anforderungen entsprechen. Es zeigte sich, dass die Erinnerung der Pflanzen bei einem Mangel an Stress wieder weniger stark wird. Zusätzlich konnte man nachweisen, dass das Stress-Gedächtnis durch Mutationen bei Genen, die für das Rücksetzen der DNA-Methylierung verantwortlich sind, festgelegt werden kann. Bisher war der Umfang des Stress-Gedächtnisses bei Pflanzen unbekannt.

Neuere Untersuchungen zeigen, dass zumindest Bäume bis zu einem gewissen Maß ihre Erinnerung an Umweltbedingungen sogar an ihre Nachkommen weitergeben können. So können sich Bäume nicht nur auf trockene Bedingungen einstellen, indem sie mehr Wurzeln bilden, sondern dieses Wissen wird an ihre Nachkommen vererbt. Im Pfynwald im Schweizer Wallis, wo Föhren unter extrem trockenen Bedingungen wachsen, bewässerte man seit 2003 bestimmte Parzellen des Waldes, bei einem Teil stellte man die Bewässerung nach zehn Jahren wieder ein. Als man den Zapfen von den verschiedenen Parzellen die Samen entnahm und diese teils in einem Gewächshaus unter verschiedenen Bedingungen, teils im Freien im Pfynwald auf den unterschiedlich bewässerten Parzellen aussäte, zeigte sich, dass die Nachkommen von Bäumen, die an Trockenheit gewöhnt waren, mehr Wurzeln bildeten und deutlich besser mit wenig Wasser gediehen. Bei ausreichender Wasserversorgung bildeten die Nachkommen der Bäume von bewässerten Flächen wie ihre Eltern mehr Nadeln und konnten deshalb bei guten Bedingungen besser wachsen. Offenbar geben Elternbäume Umweltinformationen an ihre Nachkommen weiter, die dadurch besser mit den Lebensbedingungen klarkommen. Die Nachkommen sind von Anfang an auf die Situation vorbereitet. Diese Anpassung der Bäume an Umweltbedingungen beruht auf den gleichen Mechanismen wie bei anderen Pflanzen und Tieren, und zwar sind es Methylgruppen, die die Aktivität von Genen steuern, die von der Umwelt geprägt werden. Die Muster dieser Methylgruppen bestimmen in der Folge, wie stark verschiedene Gene abgelesen werden, sodass das Erbgut auf diese Weise quasi lernt, ohne dass sich dabei die eigentliche Erbgutsequenz ändert. Es gibt also bei Pflanzen eine gewisse Weitergabe dieser epigenetischen Markierungen, während Anpassungen an neue Bedingungen im Rahmen der Evolution auf Basis der Erbgutsequenz selbst deutlich länger benötigen, und zwar mehrere Generationen. Bei langlebigen Organismen wie Bäumen bräuchte diese Form der Anpassung viel zu lang im Vergleich zur Geschwindigkeit, mit der sich im Rahmen etwa des Klimawandels die Bedingungen verändern.

Siehe dazu auch “Haben Pflanzen ein Gehirn?

Zusammengefasst nach einem Interview des Autors mit Waltraud Messmann von der Osnabrücker Zeitung.

Quellen

Anjar Wibowo Claude Becker Gianpiero Marconi Julius Durr Jonathan Price Jorg Hagmann Ranjith Papareddy Hadi Putra Jorge Kageyama Jorg Becker Detlef Weigel Jose Gutierrez-Marcos (2016). Hyperosmotic stress memory in Arabidopsis is mediated by distinct epigenetically labile sites in the genome and is restricted in the male germline by DNA glycosylase activity. eLife, http://dx.doi.org/10.7554/eLife.13546.
https://www.tah.de/welt/afp-news-single/italienischer-botaniker-haelt-pflanzen-fuer-intelligente-wesen.html (18-03-21)
https://www.wienerzeitung.at/nachrichten/wissen/natur/2051105-Das-vererbte-Gedaechtnis-der-Baeume.html (20-02-20)

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