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Chemische Aufrüstung : Pflanzen stärken ihre Abwehr mit chemischer Keule

  • -Aktualisiert am

Hallers Schaumkresse hält sich mit dem Schwermetall Cadmium Fressfeinde vom Leib. Hier präparieren die Forscher die Blätter einer Pflanze für ihre Versuche. Bild: Proceedings of the Royal Society B, Mohiley et al.

Hallers Schaumkresse gedeiht auch auf stark belasteten Böden – aus gutem Grund. Die Pflanze nutzt das Schwermetall Cadmium aus dem Erdreich, um ihre Abwehrkräfte zu stärken.

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          Pflanzen schützen sich oft mit Giftstoffen vor hungrigen Mäulern. Diese Substanzen, zu denen Koffein und Nikotin ebenso zählen wie die Glykoside des Fingerhuts und die Alkaloide des Schlafmohns, stammen gewöhnlich aus eigener Produktion. Zu den Gewächsen, die sich stattdessen giftige Schwermetalle aus dem Erdboden holen, zählt Hallers Schaumkresse (Arabidopsis halleri). Anders als die verwandte Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), das bevorzugte Forschungsobjekt der Genetiker, bildet sie Ausläufer, an denen – ähnlich wie bei Erdbeeren – neue Pflanzen wachsen. So kann sie sich statt über sexuelle Fortpflanzung auch als Klon vermehren.

          Wenn Hallers Schaumkresse angeknabbert wird, schickt sie ihre Wurzeln vermehrt zu Stellen, die reich an Cadmium sind, und nimmt beträchtliche Mengen des toxischen Schwermetalls aus dem Boden auf. Die Pflanzen wappnen dann nicht nur ihre Blätter, sondern geben das Metall auch über ihre Ausläufer weiter, wie Botaniker von der Universität Tübingen herausgefunden haben. Im Gewächshaus hatten Anubhav Mohiley und seine Kollegen jeweils zwei durch Ausläufer verbundene – also genetisch identische – Pflanzen in unterschiedlichen Blumentöpfen platziert: Der eine Topf enthielt normale Erde mit geringem Cadmiumgehalt, in dem anderen war die Erde mit dem Schwermetall angereichert.

          Kein Wunder, dass die Schaumkresse dort schlechter gedieh, schließlich schadet das Metall auch dem pflanzlichen Stoffwechsel. Den Kadmium-Gehalt ihrer Blätter hielten diese Pflanzen auf einem ebenso moderaten Niveau wie ihre Zwillinge, die Wasser und Nährstoffe aus unbelasteter Erde bezogen.

          Experiment im Blumentopf: Links Blumenerde mit niedrigem Cadmiumgehalt, rechts mit hohem Cadmiumgehalt
          Experiment im Blumentopf: Links Blumenerde mit niedrigem Cadmiumgehalt, rechts mit hohem Cadmiumgehalt : Bild: Proceedings of the Royal Society B, Mohiley et al.

          Mit chemischer Aufrüstung gegen Parasiten

          Um einen Angriff hungriger Insekten vorzutäuschen, stachen die Forscher Löcher in die Blätter und trugen Jasmonsäure auf. Dabei handelt es sich um ein Pflanzenhormon, das unter anderem zur Abwehr von Angreifern animiert. Die miteinander verbundenen Topfpflanzen reagierten daraufhin mit chemischer Aufrüstung: Beide verdreifachten den Cadmiumgehalt ihrer Blätter.

          Welche Pflanze ursprünglich durch die simulierte Attacke herausgefordert worden war, machte dabei keinen Unterschied, wie die Forscher in den Proceedings of the Royal Society B schreiben. Über ihre Ausläufer kann Hallers Schaumkresse offenbar nicht nur über eine Bedrohung informieren, sondern anderen Teilen des Klons auch die nötigen Schwermetalle zur Verteidigung schicken, die jeglichen Pflanzenfressern den Appetit verderben.

          Einige Populationen von Hallers Schaumkresse wachsen in ehemaligen Bergbaugebieten, beispielsweise im Harz bei Clausthal-Zellerfeld, auf besonders schwermetallhaltigen Bö­den. Dort hat die Evolution durch natürliche Auslese dafür gesorgt, dass die Pflanzen gut zurechtkommen, wo Artgenossen von unbelasteten Standorten verkümmern würden.

          Weniger produktiv, aber härter im Nehmen, können sie relativ hohe Cadmiumkonzentrationen tolerieren. In Erde mit entsprechendem Schwermetall-Gehalt gepflanzt, reicherte so eine Schaumkresse in ihren Blättern stets auffällig große Mengen an Kadmium an – unabhängig davon, ob sie unbehelligt blieb oder ob Mohiley und Kollegen ihr Angriffe gefräßiger Insekten vortäuschten.

          Wurde allerdings ihr Zwilling attackiert, der nur wenig Kadmium aus der Erde holen konnte, so teilte die Pflanze das akkumulierte Schwermetall mit ihm. Die Kommunikation zwischen Sprossen, die über Ausläufer verbunden sind, scheint also auch in freier Natur zu funktionieren. Ebenso die Nachbarschaftshilfe innerhalb eines Klons, wenn es um effektive Verteidigung geht.

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