Von Georg Rüschemeyer
23. Juni 2008 Sie tragen kein einziges Blatt, stattdessen sind die Zweige mit dichten Gespinsten überzogen: Kahlfraß im Schwenninger Moos. Was Bäume entblättert und Spaziergänger schreckt, ist Teil einer „Invasion der Minimonster“, wie es der Südkurier gerade betitelte. Gemeint sind Raupen, deren verheerende Fressorgien es jetzt im Frühsommer auf die Nachrichtenseiten der Lokalzeitungen schaffen. So meldet eben Villingen-Schwenningen die Traubenkirschen-Gespinstmotten, in Oberbayern wüten deren auf Apfelbäume spezialisierte Verwandte, und die Eichenprozessionsspinner veranstalten ihren Zug nicht nur in Südhessen.
Wo der Feind in solchen Massen angreift, bleiben nur kahle Äste zurück. Die meisten Pflanzen überleben den Angiff jedoch und schlagen, wenn sich die nimmersatten Raupen zu genügsamen Schmetterlingen entwickelt haben, ein zweites Mal aus. Aber das Aussitzen der Krise ist nicht die einzige Strategie, mit der sich die zur Regungslosigkeit gezwungenen Gewächse zu helfen wissen.
Schädlingsabwehr mit Chemie
Neben Dornen und Stacheln als Schutz vor größeren Pflanzenfressern setzen sie bei der Schädlingsabwehr auf Chemie: Um möglichen Angreifern den Appetit zu verderben, stellen manche Pflanzen kontinuierlich sogenannte sekundäre Pflanzenstoffe her. „Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn die Bedrohung von Säugetieren ausgeht, die nur ein paar Bissen brauchen, um die Pflanze komplett aufzufressen“, sagt der Biologe Martin Heil, der an der Universität Essen die Verteidigungsstrategien im Reich der Botanik erforscht.
Eine andauernde Produktion von Giften und Vergällungsmitteln zur Abwehr kostet allerdings Ressourcen, die vergeudet sind, sollte sich gar kein Feind zeigen. Eine Vielzahl von Gewächsen setzt deshalb auf mehr Flexibilität und rüstet erst im Ernstfall auf, was Forscher als „induzierte Resistenz“ bezeichnen. „Unter welchen Umständen sich welche dieser Strategien bewährt, ist im Einzelfall schwer vorherzusagen“, sagt Heil.
Schnelles Nachrüsten
Nagt die erste Raupe am Blatt, müssen die Pflanzen jedenfall rasch handeln, um nachzurüsten. Dabei kann manches Grünzeug trotz eines fehlenden Gehirns überraschend differenziert Signale aus der Umwelt aufnehmen, sie schnell verarbeiten und entsprechend darauf reagieren – Fähigkeiten, die lange Zeit allein der Tierwelt zugesprochen wurden. Mangels Sinnesorganen und Nervensystem nutzen Pflanzen dafür Signalmoleküle und Hormone. Als florale Sprache dient die Biochemie. Und diese zu übersetzen, ist das Ziel der chemischen Ökologie, einer Forschungsrichtung, die erst möglich wurde, seit sich die in minimalen Mengen wirksamen Signalstoffe mit modernen Methoden nachweisen lassen.
Ähnlich wie die Ackerschmalwand in der Genetik hat sich in der chemischen Ökologie der Wilde Tabak als Modellpflanze etabliert. Denn er steigert die Produktion des Nervengifts Nikotin erst richtig, wenn sich tatsächlich jemand an seinen Blättern vergeht. So löst das Zerstörungswerk der Raupenkauwerkzeuge eine komplexe Signalkaskade aus, die mit einem Zusammenbruch beginnt: Das elektrische Potential, das sonst zwischen Innen- und Außenseite einer intakten Zellmembran besteht, kann nicht mehr aufrechterhalten werden. Diese Depolarisation breitet sich innerhalb kürzester Zeit über das gesamte Blatt aus und löst die Produktion von Jasmonsäure aus; wie das im Einzelnen vor sich geht, ist noch weitgehend ungeklärt.
Nikotinschübe für den Angreifer
„Dieses Wundhormon ist das Schlüsselsignal für die Abwehrreaktionen gegen Pflanzenfresser“, sagt Martin Heil. Dadurch unterscheiden sich diese Gegenmaßnahmen grundlegend von jenen, welche die Pflanze bei einer Infektion mit Bakterien, Viren oder Pilzen einleitet. In solchen Fällen steuert ein anderes Pflanzenhormon, die Salicylsäure, beispielsweise den Selbstmord virusbefallener Zellen und die Bildung antimikrobieller Stoffe. Im Tabak gelangt die Jasmonsäure aus dem angeknabberten Blatt über die Leitungsbahnen der Pflanze bis in die Wurzeln, die daraufhin die Nikotinproduktion steigern. Spätestens jetzt wird fast jedem Angreifer schwummrig, er lässt ab und sucht sich ein anderes Opfer. Nicht so die Raupen des Tabakschwärmers: Sie sind gegen Nikotin nicht nur immun, sie reichern den Stoff sogar im Körper an und werden auf diese Weise für ihre eigenen Feinde ungenießbar: eins zu null für den Schwärmer.
Doch die Evolution lässt Interessenkonflikte wie diesen nur selten mit einem klaren Sieg enden. Wie Ian Baldwin und seine Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena in jahrelangen Studien nachweisen konnten, hat der Tabak gelernt, den Speichel der Tabakschwärmerraupe von dem anderer Raupen zu unterscheiden. Erkennt die Pflanze den Erzfeind anhand bestimmter Verbindungen aus der Gruppe der Fettsäure-Aminosäure-Konjugate, so fährt sie die Produktion des nun ohnehin nutzlosen Nikotins sogar zurück. Folglich bleiben die sonst gut geschützten Raupen für ihren ärgsten Feind, eine Raubwanze der Gattung Geocoris, genießbar. Und das Tabakkraut ruft Bodyguards dieser Art sogar direkt zu Hilfe, indem es flüchtige organische Substanzen abgibt, Duftstoffe also, welche die Raubwanzen zum Ort des Geschehens leiten – ein stummer Schrei.
Der Feind meiner Feinde ist mein Freund
„Dieses aktive Anlocken der ‚Feinde meiner Feinde‘ scheint in der Pflanzenwelt keineswegs eine Ausnahme, sondern die absolute Regel zu sein“, meint Martin Heil. „Wo immer man danach sucht, wird man fündig, und das bei Pflanzen aus völlig unterschiedlichen Verwandtschaftskreisen.“ So locken Kartoffelpflanzen, die von Raupen oder Käferlarven angeknabbert werden, selbst aus weiter Entfernung Raubwanzen an, die das Signal für die botanische Einladung zum Fressgelage in geringsten Mengen wahrnehmen können.
Besonders spezifisch funktioniert die Anziehung im Fall der Schlupfwespe Cotesia marginiventris, die dem Duft beschädigter Maispflanzen folgt, um Raupen des Nachtfalters Spodoptera exigua zu finden, in die sie ihre Eier legt. Einige Pflanzen registrieren bereits den Klebstoff, mit dem die Schmetterlinge ihre Eier auf dem Blatt fixieren, und reagieren auf die Gefahr, lange bevor sie akut wird: Die Larven der gezielt angelockten Schlupfwespen töten die Falterlarven noch im Ei.
Zusammenarbeit mit Ameisen
Noch differenzierter bittet die Limabohne um Beistand. Je nachdem, ob Spinnmilben oder Raupen den Schaden am Blattwerk verursachen, sendet sie unterschiedliche chemische Signale aus, die den jeweils zuständigen Räuber rufen. In die Rolle des Helfers schlüpfen für Limabohnen oft auch Ameisen, die dann mit einer Zuckerlösung aus speziellen Drüsen in den Blattachseln belohnt werden. Diesen extrafloralen Nektar spart sich die Limabohne eigens für solche Krisenzeiten auf, während für andere Pflanzen die Zusammenarbeit mit den Ameisen fast schon zur Routine geworden ist. Die tropische Büffelhornakazie mit ihren großen, hohlen Dornen beispielsweise stellt für die auf ihr lebenden Knotenameisen nicht nur ideale Nistplätze bereit. Sie versorgt die hilfreichen Insekten auch ganzjährig mit Nektar und kleinen, stärkehaltigen Futterkörnern, die sie an den Blattspitzen bildet.
Dass der Baum Kost und Logis nicht umsonst zur Verfügung stellt, vermutete schon der englische Naturforscher Thomas Belt. Im Jahr 1874 spekulierte er, dass die Ameisen von den Akazien als „stehendes Heer gehalten werden“. Und diese Annahme ließ sich später auch experimentell beweisen: Entfernt man die Ameisenvölker von einer Akazie, so wird diese bald von allerlei Schädlingen und Schlingpflanzen befallen. „Die Ameisen sind aber ebenso auf die Akazie angewiesen“, erklärt Heil, der das Miteinander der beiden Arten gründlich untersucht hat. „Die fressen nur das Futter der Akazie, alles andere wird vom Baum geschmissen – selbst kleine Stückchen Thunfisch aus der Dose, den andere Ameisen besonders lieben.“
Feindabwehr im Pflanzenverbund
Akazie und Ameise sind heute Lehrbuchbeispiel für eine Symbiose, also das Zusammenleben zu gegenseitigem Nutzen. Schwerer zu erklären ist dagegen, wie es zu der ebenfalls verbreiteten Kooperation in Sachen Feindabwehr zwischen verschiedenen Pflanzen kommen konnte. Schließlich konkurrieren die Gewächse untereinander um Wasser, Licht und Nährstoffe. Aber die Duftwolke einer angefressenen Limabohne versetzt auch benachbarte Artgenossen in Alarmbereitschaft, die prompt Lockstoffe und Nektar produzieren. Die Verständigung funktioniert sogar über Artgrenzen hinweg: Die Ausdünstungen eines angefressenen Wüstensalbeis etwa stimulieren auch Tabakpflanzen, die daraufhin die Nikotinkonzentration erhöhen und somit ihre Abwehrwaffe in Stellung bringen.
Eine Erklärung für die vermeintliche Selbstlosigkeit der Bohnenpflanzen lieferte Martin Heil vergangenes Jahr in Zusammenarbeit mit seinem mexikanischen Kollegen Juan Carlos Silva Bueno. Im Fachjournal PNAS berichteten sie über ihre Versuche: Hielt ein Ventilator das Bouquet raupenbefallener Blätter von anderen Ranken derselben Pflanze fern, so blieben diese ungewarnt. Erst wenn der Wind in die andere Richtung blies, reagierten sie mit den üblichen Vorsorgemaßnahmen. In der Limabohne scheint es eine interne chemische Kommunikation – über die Leitungsbahnen wie beim Tabak – also gar nicht zu geben. „Das wäre im Falle der extrem gestreckten Bohnenranken auch eine reichlich lange Leitung“, sagt Heil. Stattdessen werden volatile Botschaften an die eigenen Ranken gesendet, die Nachbarn profitieren davon gleichsam als Informationsparasiten.
Was wir daraus lernen könnten
Das Wissen über die in der Natur oft effektive Kooperation zwischen Pflanze und Räuber auf Kosten des Pflanzenfressers könnte zur umweltverträglichen Abwehr von Schädlingen in der Landwirtschaft beitragen. Allerdings dürfte es sich kaum bewähren, Nutzpflanzen mit synthetisch hergestellten Signalstoffen präventiv in Daueralarm zu versetzen: Der Aufruhr geht auf Kosten der Produktivität, wie Tests mit Weizen zeigten. Zudem lernen angelockte Raubinsekten schnell, wenn die versprochenen Raupen gar nicht vorhanden sind, und sparen sich daraufhin die Mühe.
Interessant sind die Erkenntnisse aber auch für die Pflanzenzucht. Manche Kulturlinien haben ihre Fähigkeit zur Kommunikation mit ihren Helfern weitgehend verloren. Wilde Baumwolle etwa setzt siebenmal mehr Duftstoffe frei als die domestizierte Verwandtschaft; kultivierte Limabohnen produzieren deutlich weniger extrafloralen Nektar. Nordamerikanischer Mais bildet kein Beta-Caryophyllen mehr, während europäische Zuchtlinien mit diesem Signalstoff noch parasitische Fadenwürmer anlocken können, wenn sich die Larven des Maiswurzelbohrers in ihre Wurzeln graben. Dadurch sind sie weniger anfällig gegen den aus Mittelamerika stammenden Käfer, der sich seit 1992 auch in Europa ausbreitet. Eine gezielte Zucht könnte solche Fähigkeiten wiederherstellen. Besonders optimistisch ist Martin Heil allerdings nicht: „Unseren Kulturpflanzen wieder die Verteidigungsfähigkeit ihrer Vorfahren anzuzüchten könnte sie auch wieder dem Urzustand annähern, was Wachstumsraten, Geschmack und ihre Eignung für die menschliche Ernährung angeht – wohl kein wirklich wünschenswertes Ziel.“
Text: F.A.Z.
Bildmaterial: picture-alliance / dpa/dpaweb, picture-alliance/ dpa, picture-alliance/ dpa/dpaweb
