Artikel :: Natürlich Online

Kinderstube wider Willen

Kategorie: Natur
 Ausgabe 7 - 2008 - 01.07.2008

Text:  Marcel Robischon

Gewisse Insekten instrumentalisieren Pflanzen, indem sie in deren Entwicklung eingreifen und sie zu Gewebewucherungen anregen. Solche Pflanzengallen dienen dem Nachwuchs als sicherer Brutort und Nahrung.

Rosengalle

Wenn im Hochsommer das leuchtende Hellgrün der Laubwälder zu satten Laubfarben nachgedunkelt ist, tragen die nun vollständig entwickelten und entfalteten Blätter bereits die ersten Schrammen und Wunden ihres nur eine Saison währenden Lebens, Flecken und Beulen von Besuchen beissender,   kauender, saugender, stechender, blattfressender Insekten. Ende Mai, Anfang Juni kommt da zum Beispiel eine Gallwespe angeflogen, landet, prüft, sticht – und schon ist für den Nachwuchs und für eine nachhaltige Veränderung im Leben der Pflanze gesorgt. Ein paar Wochen später ist das Resultat der Begegnung von Baum und Insekt nicht mehr zu übersehen. Auf der sonst glatten Blattoberfläche wölben sich dort, wo die Wespenmutter ein Ei in das Gewebe des Blattes abgelegt hat, kleine kugelförmige, tumorartige Gebilde auf: Wiege und Wohnung der Gallwespenlarven. Als Gallen werden allgemein Wucherungen von pflanzlichem Gewebe bezeichnet, die von Parasiten ausgelöst werden und deren Nachwuchs als Kinderstube und Nährboden dienen. Die Tiere greifen dabei in das Wachstumsprogramm der Pflanzen ein und veranlassen diese, die tumorartigen Gebilde zu produzieren.

Biologisches bauen mit Pflanzenzellen

Seit der italienische Naturwissenschaftler Marcello Malpighi um 1675 erstmals eine kleine Wespe als Urheber der zuvor oft für eine Art von Teufelswerk gehaltenen Blattgallen entlarvte, beschäftigt sich die Insektenkunde und Botanik – im Speziellen die Cecidologie, die Spezialwissenschaft von den Blattgallen – mit den Werken der Gallwespen, Gallmücken, Gallfliegen, Gallläuse, Gallmilben sowie der Käfer, Schmetterlinge, Ameisen, Fadenwürmer und Pilze, die sich auf lebende Architektur, auf biologisches Bauen mit wuchernden Pflanzenzellen verstehen.

Überall, wo es Blätter gibt, da gibt es auch Blattgallen, und die Formenvielfalt ist überwältigend. Es gibt Kugeln, Dome, Ovoide, Tropfen, Kegel, manche glatt, andere mit barocken Verzierungen, stachlig, knotig, blüten-, muschel- oder zeltartige Gebilde in allen Farben, von Zitronengrün und Apfelgelb bis champagner- und vanillefarben und Rot in allen Nuancen und Schattierungen. Da gibt es Wunder, wie die Kugelgallen an afrikanischen Flötenakazien, die als hohle Gefässe dem Steppenwind als Musikinstrument dienen, oder die von Ameisen bewohnten gallenartigen Riesendornen der Büffelhorn-Akazie Zentralamerikas.

Überall in der Natur, wo etwas wächst und sich entwickelt, da gibt es auch jemanden, der den Prozess in seinem Sinne verändern und kontrollieren will – und um nichts anderes handelt es sich bei der Geschichte um Insekten, Pflanzen und Gallen: ein Beispiel von Einflussnahme und Kontrolle mit Mitteln der Kommunikation über chemische Signale.

Das Signal, mit dem das Insekt eine Pflanze zum Bau solcher botanischer Hundertwasserhäuser veranlasst, muss ausserordentlich präzise sein, um die Bildung der für jede Tierart typischen Gallenform zu bewirken. Insekten erweisen sich dabei als wahre Kommunikationsgenies. Sie haben eine Möglichkeit gefunden, der Pflanze derart komplizierte Inhalte wie den Bau einer spezifischen Blattgalle präzise zu vermitteln.

Biochemische Analysen haben gezeigt, dass die Bildung von Blattgallen mit erhöhten Werten pflanzlicher Hormone, darunter Substanzen aus der Gruppe der Cytokinine, einhergeht. Diese wirken überall dort, wo rasches Wachstum stattfindet, also auch dort, wo die tumorartigen Blattgallen wuchern. Wo immer ein Parasit das Wachstum einer Pflanze verändert, etwa wenn sich die Larve der Goldrutengallmücke in der Goldrute breit macht und rasch den Stängel zur Galle schwellen lässt, da findet sich eine Veränderung in der Konzentration der Signalsubstanz Cytokinin.

Pflanzliches Anti-Aging

Die Bildung von Blattgallen ist nicht das einzige Beispiel eines gezielten Eingriffs ins Entwicklungsprogramm von Pflanzenzellen durch Insekten mittels eines Cytokinin-Signals. Im Spätsommer und frühen Herbst, wenn das Blätterkleid des Laubwaldes schon zu altern beginnt, fallen Blätter auf, in deren Mitte sich ungeachtet der voranschreitenden goldroten Herbstverfärbung einzelne grüne Inseln erhalten, Zonen innerhalb deren das Blattgewebe jung und grün und reich an Chlorophyll bleibt. Sie umgeben die zwischen den Zellschichten des Blattes eingegrabenen Wohnhöhlen von Miniermottenlarven wie ein Garten.

In diesen grünen Blattbereichen der Zitterpappel und der Hängebirke fanden Forscher ebenfalls erhöhte Cytokinin-Gehalte. Es kann also angenommen werden, dass der Miniermottennachwuchs ein Cytokinin-Signal hervorruft, das in diesem Fall nicht zur Bildung einer Galle führt, sondern den Alterungsprozess im Blatt hemmt. Mit diesem Trick bleibt der Larve, die Nahrungsquelle erhalten. Die Larve zwingt die Pflanze ihr eine stets frisch gefüllte Speisekammer zu bauen und unterdrückt gleichzeitig offenbar Abwehrmechanismen der Pflanze, das befallene Gewebe einfach absterben zu lassen und die Larve auszuhungern. Neben den Miniermotten beherrschen auch manche Pilze diesen Trick der Nahrungssicherung.

Die Pflanze schlägt zurück

Dass Cytokinine tatsächlich für diesen Effekt verantwortlich sind, konnten Wissenschaftler bei Versuchen zeigen. Alternde, mit dem Pflanzenhormon behandelte  Blätter konnten, obwohl schon vergilbt und dem Absterben nahe, nochmals Chlorophyll anreichern. Sie wurden quasi wieder jung und grün. Ähnliches lässt sich in Pflanzen beobachten, die erhöhte Cytokinin-Gehalte durch eine gentechnische Veränderung aufweisen. Wird das zur Synthese von Cytokininen erforderliche Gen in der Versuchspflanze mit einem genetischen «Schalter» verbunden, der wirksam wird, sobald die Pflanze Alterserscheinungen zeigt, wird die Hormonproduktion angekurbelt. Das Ergebnis: Das Gewebe der Pflanze altert nicht – auf gentechnischem Wege wurde ihr ewige Jugend verliehen.

Während sich das Vorhandensein von Cytokininen mittels chemischer Analysen oder anhand ihrer sichtbaren Wirkung auf Pflanzengewebe leicht nachweisen lässt, ist es deutlich schwieriger, dessen tatsächliche Herkunft zu ermitteln. Das Körpergewebe der Larve der Goldrutengallmücke beispielsweise enthält Mengen der Verbindung, die etwa dem Fünfzigfachen der Konzentration in einer gleichgrossen Probe des Pflanzengewebes entsprechen. Hat das Insekt das Pflanzenhormon selbst hergestellt oder aus Pflanzengewebe aufgenommen? Oder schafft es das Insekt, die Pflanze selbst zur Produktion des Signalstoffes zu veranlassen, der ihre eigene Entwicklung ändert? Laut Fachleuten könnte dies von Fall zu Fall unterschiedlich sein und möglicherweise stammen die Cytokinine auch aus mehreren Quellen gleichzeitig. Das hormonelle Wortgefecht zwischen Insekten und Pflanzen ist erst in den Anfängen verstanden.

Auch in Pflanzen, die von  Schädlingen befallen werden, ohne  deutliche «Symptome» wie Blattgallen aufzuweisen, konnten erhöhte Gehalte von Cytokininen nachgewiesen werden. Zum Beispiel bei Pflaumenbäumen, die von der roten Obstbaumspinnenmilbe befallen waren. Hier wird der Ursprung des Cytokinins in der Pflanze selbst vermutet und könnte dieser zur Schädlingsabwehr dienen.

Um diese Theorie zu prüfen, reichten Biologen mit Cytokininen behandeltes Pflanzenmaterial zwei Testessern zur Verkostung: dem  Tabakschwärmer und der grünen Pfirsichblattlaus, die unweigerlich jeden Garten heimsucht. Beide Insekten sind in der Forschung als Modellorganismen gut untersucht, sind leicht zu züchten und vor allen Dingen gefrässig.

Die mit cytokininhaltigem Pflanzenmaterial gefütterte Blattlaus blieb in den Fütterungsversuchen in ihrer Entwicklung deutlich hinter den mit unbehandelten Blättern gefütterten Artgenossen zurück.

Auch der Appetit des Tabakschwärmers liess im Verlauf der Mahlzeiten deutlich nach – Hinweise dafür, dass die Cytokinine den Pflanzen tatsächlich als Abwehrstoff dienen könnten. Es ist auch denkbar, dass die Ausschüttung von Cytokininen die Produktion anderer Stoffe mit insektentoxischer Wirkung anregt. Allerdings zeigt auch der Signalstoff selbst eine unmittelbare Wirkung auf Insekten. Denn erwiesenermassen sind Cytokinine und cytokininähnliche Verbindungen wie etwa das Kinetin in tierischen Zellen wirksam. In Versuchen führten sie bei den Insekten beispielsweise zu einer Verlangsamung der Entwicklung und damit zu einer Verlängerung der Lebensdauer.

Die mit den Pflanzenhormonen gefütterten Insekten kamen allerdings nur für einen hohen Preis in den Genuss der lebensverlängernden Wirkung: Cytokinine reduzieren nämlich die Fruchtbarkeit von Insekten, wie Wissenschaftler am Beispiel der Fruchtfliege Zaprionus paravittiger zeigen konnten. Pflanzen können Insekten also durch Verabreichung einer biologisch wirksamen Substanz in zwar langlebige, aber unfruchtbare alte Jungfern verwandeln. Kinetin verlangsamt Alterungsprozesse auch bei menschlichen Zellkulturen und wird deswegen heute vielfach in angeblich alterungsverzögernden Hautpflegeprodukten verwendet.

In Anbetracht dessen, dass bei Gallwespen und Miniermotten das Insekt der Pflanze ein gefälschtes hormonelles Signal unterjubelt, um die Entwickling des Gewebes im eigenen Sinne zu beeinflussen, scheint es , als könne dies die Pflanze anderen Insekten mit gleicher Münze heimzahlen, indem sie wiederum deren Hormonsysteme durcheinander bringt. Im hormonellen Gespräch, das die Insekten den Pflanzen aufdrängen, haben also auch diese selbst ein Wörtchen mitzureden.

Schonende Insektizide

Ausser Cytokininen zeigen auch andere Pflanzenhormone wie Gibberelline und Auxine deutliche Auswirkungen auf Wachstum und Entwicklung von Insekten. Und nicht nur Insekten müssen mit der chemischen Rache von Pflanzen rechnen: Pflanzen verstehen es auch, sich lästiger Fressfeinde unter den Säugetieren zu erwehren. Sie produzieren östrogenähnliche Verbindungen, sogenannte Phytoöstrogene, und stören damit die sexuelle Entwicklung der gefrässigen Jungtiere, indem sie diesen gewissermassen «die Pille» geben. Pflanzen betreiben so mit Hilfe von Hormonen eine höchst effiziente Art der Schädlingskontrolle.

Es bietet sich für den Menschen an, von Pflanzen und Insekten zu lernen und den Zusammenhang von Hormonsprache und Abwehrmechanismen für eine kommerzielle Nutzung in Landwirtschaft und Gartenbau zu untersuchen. Tatsächlich wurden bereits gewisse Methoden, mit denen sich Cytokinine im Pflanzenschutz gegen Insekteneinsetzen lassen, vom amerikanischen Landwirtschaftsministerium durch Patente geschützt. Vielleicht wird es dem Menschen in Zukunft gerlingen, sich ebenfalls ins komplexe Hormongespräch zwischen Pflanzen und Tieren einzuschalten, um Kulturpflanzen von Schädlingen zu schützen und die Zerstörung der Insektenfauna durch chemische Schädlingsbekämpfung überflüssig zu machen.

Bevor solche Methoden jedoch entwickelt sind, lässt sich aus der hormonellen Interaktion von Pflanzen und Insekten vor allem eines lernen: Ein Ökosystem
ist nicht nur ein Netzwerk aus Stoffflüssen, in dem Elemente wie Kohlenstoff
und Stickstoff zirkulieren, die zum Aufbau organischer Verbindungen benötigt werden, oder in dem die durch die Umweltverschmutzung eingeschwemmten Schadstoffe zwischen Organismen ausgetauscht werden. Ein Ökosystem ist auch ein Netzwerk des Informationsaustauschs, in dem zwischen verschiedenen Organismen gegenseitige Einflussnahme geübt wird. Die internen Signalsysteme der Pflanzen, ihr Hormonstoffwechsel, ist untrennbar mit dem ihrer Mitgeschöpfe, ob Parasit oder Symbiont, ob Freund oder Feind, verbunden. Und alle Beteiligten profitieren vom Verständnis dieser Signale, denn diese helfen das Ökosystem in Balance  zu halten – ob es sich nun um ganze Wälder handelt, oder ein einzelnes grünes Blatt.

Bilder: © Christine Ameth, Josephine Meyer-Hartmann, Blickwinkel

Tags (Stichworte):