Pflanzen

Die Sinne der Pflanzen

Pflanzen nehmen ihre Umgebung genau wahr und reagieren sensibel auf Veränderungen in ihrer Umwelt. Außerdem scheinen sie in gewissem Maß lernen zu können: Die Mimose kann sich eine Zeitlang an Reize erinnern.

Von Rita Gudermann und Phoebe Rosenkranz

Zur Sonne, zum Licht

Zimmerpflanzen auf der Fensterbank wachsen zum Licht hin. Dreht man die Pflanze, orientiert sie ihr Wachstum um, bis sich ihre Blätter wieder dem Fenster und somit dem Licht zuwenden.

Diese Wachstumsbewegung wird durch einen Lichtreiz hervorgerufen und heißt "Phototropismus". Die Pflanze nimmt das Licht mit Hilfe eines Lichtrezeptors in der Sprossspitze wahr – also dort, wo das Wachstum am intensivsten ist.

Bei diesem Lichtrezeptor handelt es sich um das sogenannte Phototropin, das höchst empfindlich auf die blauen Anteile des Lichtes reagiert.

Wird die Pflanze nur von einer Seite von der Sonne beschienen, löst das Phototropin eine Reihe von biochemischen Prozessen aus, die bewirken, dass das Wachstum an der belichteten Seite gehemmt und an der Schattenseite gefördert wird.

Die Pflanze wächst an der Schattenseite schneller, weil sich hier die Zellen stärker strecken als auf der belichteten Seite. Dadurch krümmt sie sich in Richtung der Lichtquelle. Man vermutet, dass hier vor allem ein Konzentrationsanstieg des Pflanzenhormons Auxin eine Rolle spielt.

Dieses Prinzip gilt auch, wenn Pflanzen die gleiche genetische Ausstattung haben. Die Tübinger Pflanzenforscherin Katja Tielbörger setzte geklonte Pflänzchen des Kriechenden Fingerkrauts unterschiedlichen Lichtreizen aus. Das Ergebnis: Trotz gleicher Gene sahen die Pflanzen nach drei Wochen vollkommen anders aus als ihre Klone.

Der Schwerkraft entgegen

Legt man einen Keimling flach auf seine Seite, krümmt sich die Wurzel nach unten und der Spross richtet sich auf. Dieses Wachstumsverhalten ist eine Reaktion der Pflanzen auf die Schwerkraft und wird als Gravitropismus bezeichnet.

Dieser Sinn der Pflanzen für die Schwerkraft stellt sicher, dass die Wurzel in den Boden hineinwächst und der Spross das Sonnenlicht erreicht, unabhängig von der Orientierung des Samens im Boden.

Zudem macht die Fähigkeit, gravitrop zu reagieren, es den Pflanzen möglich, auch auf schiefen Ebenen, beispielsweise auf steilen Hängen, senkrecht nach oben zu wachsen.

Weil der Spross entgegen der Erdanziehung wächst, spricht man hier von negativem Gravitropismus. Bei der Wurzel, die mit ihrem Wachstum der Schwerkraft folgt, von positivem Gravitropismus.

Die Erdnuss beispielsweise vollzieht während ihrer Entwicklung einen Wechsel vom negativen zum positiven Gravitropismus. Ihre Blütenstiele stehen zunächst aufrecht, sind also negativ gravitrop und drehen sich dann nach der Befruchtung um 180 Grad, werden also positiv gravitrop und wachsen nach unten. Die Blüte wird so zur Fruchtreife in den Boden geschoben.

Und wie nimmt die Pflanze die Schwerkraft wahr? Die Bonner Pflanzenforscher Dieter Volkmann und Frantisek Baluska fanden in den Wurzelenden der Armleuchteralge unter dem Mikroskop kleine Steinchen in den Zellen, sogenannte Statolithen. Dank der Schwerkraft lagern sich die Statolithen immer "unten" ab, was die Pflanze offenbar registriert.

Schnelle Reaktionszeit

Die Schnelligkeit, mit der bei manchen Pflanzen der Reiz weitergeleitet wird, ist bemerkenswert. Bekanntestes Beispiel ist hier sicher die Mimose, vor allem die Art "Mimosa pudica".

Auf Erschütterung, Berührung oder Verbrennung folgt immer die gleiche Reaktion: Die kleinen Fiederblättchen des Blattes klappen nach oben und das gesamte Blatt nach unten. Es folgt Nachbarblatt auf Nachbarblatt, bis schließlich alle Blätter nach unten hängen.

Das Signal des Reizes bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Zentimeter pro Sekunde durch den Spross der Mimose. Man vermutet, dass chemische Botenstoffe hier eine Rolle spielen. Zudem konnte man mithilfe von Elektronen auch elektrische Impulse feststellen, sogenannte Aktionspotenziale, die wir auch aus dem Tierreich kennen.

Mechanische Reize können auch allgemeinere Reaktionen bei Pflanzen hervorrufen. Der Wind stellt einen solchen mechanischen Reiz dar. Ein Baum an einem sehr windigen Standorthat einen gedrungeneren Wuchs als ein Exemplar derselben Art an einem relativ geschützten Standort. Pflanzen reagieren auf Wind also mit einer robusteren Wuchsform.

Hören und Riechen

Der Pflanzenneurobiologe Professor Stefano Mancuso von der Universität Florenz ist davon überzeugt, dass Pflanzen auch hören können. Im Experiment zeigte sich, dass die Wurzeln von Maispflanzen unter Laborbedingungen bei tiefen Tönen im rechten Winkel zur Schallquelle hin wuchsen, während sie sich bei hohen Tönen von der Schallquelle entfernten. Es scheint, als könnten die Wurzeln Töne in Form von Schallwellen wahrnehmen und auch ihre Tonhöhe unterscheiden.

Der Keimling des Teufelszwirns scheint über eine Art Geruchssinn zu verfügen. Der Schmarotzer benötigt zum Überleben eine Wirtspflanze, zum Beispiel Tomaten. Genau deren spezifische Duftstoffe kann der Keimling offenbar identifizieren und versucht mit seinem knappen Energiespeicher aus dem Samen zur Wirtspflanze zu wachsen.

Als Forscher ein Glas über eine Tomatenpflanze stülpten, ließ der Keimling die Tomatenpflanze links liegen. Ohne Duftstoffe konnte er sie offenbar nicht finden.

Pflanzen können lernen

Sind Pflanzen intelligent? Um dies herauszufinden, setzte die Tübinger Pflanzenforscherin Katja Tielbörger eine Mimose in eine dunkle Versuchskammer. Immer wenn die Forscherin das Licht anknipste, pikste sie die Mimose mit einem Zahnstocher. Als Folge klappte die Mimose ihre Blätter zu.

Nach einer gewissen Zeit klappte die Mimose auch dann ihre Blätter zu, wenn Katja Tielbörger lediglich das Licht einschaltete. Die Pflanze hatte den Lichtreiz offenbar mit dem Piksen verbunden.

(Erstveröffentlichung 2002. Letzte Aktualisierung 13.02.2020)