Venusfliegenfallen sind effiziente Strategen

Die fleischfressende Venusfliegenfalle reagiert nicht vorschnell – sie wartet ab, ob tatsächlich Beute in der Falle sitzt und plant auch nachdem die Falle zugeschnappt hat, wie stark sie die Verdauung ankurbeln muss. Das fand ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von deutschen Wissenschaftlern der Universität Würzburg heraus.

Die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) ist dank ihrer ausgefeilten Beutefangvorrichtungen eine der bekanntesten fleischfressenden Pflanzen. Sie haben sich darauf spezialisiert, kleine Tiere mit ihren zu Fallen umgebildeten Blättern blitzschnell einzufangen und aus ihnen zusätzliche Nährstoffe wie Stickstoff zu gewinnen. Denn Venusfliegenfallen wachsen, wie andere fleischfressende Pflanzen auch, an extrem nährstoffarmen Standorten und sind auf den extra Nährstoffkick angewiesen. Doch nicht jede Berührung sorgt dafür, dass die Fallen zuschnappen. Wie Forscher nun berichten, wartet die Pflanze ab, ob es wirklich geeignete Beute ist, und wägt danach ab, wie viel sie in die Verdauung der Tierchen investieren muss.

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1, 2, Klappe zu

Die Fallen der Venusfliegenfalle haben im Inneren Sinneshaare, die Bewegungsreize wahrnehmen und weiterleiten. Bei jeder Bewegung werden Aktionspotentiale (kurz: AP) abgefeuert, die der Pflanze als Signal dienen. Kommt ein Tier, beispielsweise eine Fliege, dem Blatt näher, berührt es unweigerlich diese Sensoren. Doch wie oft müssen die Sinneshaare stimuliert werden, damit die Pflanze reagiert und was passiert nachdem ein Reiz ausgelöst wurde? Das hat sich ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Prof. Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg gefragt und den Mechanismus genauer untersucht.

Die erste Antwort auf das „wie oft“ lautet: zwei Mal. Eine Falle schnappt nicht beim ersten vermeintlichen Beutekontakt zu. Denn es könnte es sich um einen Fehlalarm handeln und die Pflanze möchte nicht unnötig Energie für eine sinnlose Fallenbewegung vergeuden. Berührt das Tier die Sensoren kurz danach ein zweites Mal, schließt die Falle die Beute binnen einer Sekunde ein. Sind die tellerförmigen Fallen erst einmal geschlossen, gibt es kein Entrinnen mehr.

Im Gegenteil, je mehr sich das Tier wehrt, desto geringer sind seine Überlebenschancen. Denn würde sich das Opfer still verhalten und nicht weiter bewegen, würde sich die Falle nach einem halben Tag von allein wieder öffnen. Doch die wiederkehrenden elektrischen Signale, die durch die Fluchtbewegung der Tiere an die Pflanze weitergegeben werden, sorgen dafür, dass sich die Falle hermetisch versiegelt und Schritte zur Verdauung der Beute einleitet. Denn die Blätter der Venusfliegenfalle sind Fangorgan, Mund, Magen und Darm zugleich.

Investition wird kalkuliert

Um den weiteren Prozess zu untersuchen, stimulierte das Forscherteam experimentell das Bewegungsverhalten der Beute in den Fallen. Sie entdeckten, dass bereits nach der zweiten Berührung, die die Fallen verschließt, das Pflanzenhormon Jasmonsäure verstärkt produziert wird. Es gilt als Wachstumshormon und ist ein Signalstoff, der pflanzliche Abwehrreaktionen in Gang setzt.

Berührt das Tier im Todeskampf die Sensoren der Pflanze mindestens fünf Mal, werden alle rund 37.000 Drüsen an den Falleninnenseiten zur Arbeit aufgefordert. Sie produzieren dann Verdauungsenzyme, d. h. eine Verdauungsflüssigkeit, die die Beute zersetzen. All dies geschah im Experiment jedoch nicht, wenn die Produktion von Jasmonsäure gezielt unterbunden wurde. Das Hormon ist demnach für die Ausschüttung von Verdauungsenzymen essentiell.

Signale werden zu Reaktionen

Und mehr noch: Ab fünf Signalen wird auch die Aufnahme des Nährstoffs Natrium angekurbelt. Die Pflanze plant, den Ergebnissen der Forscher zufolge, anhand der Beutebewegung - bzw. der elektrischen Signale - wie viele Ionenkanäle sie in den Fallen aktivieren muss, um das durch die Verdauung gewonnene Natrium abzutransportieren. Das dafür verantwortliche Gen (DmHKT1) wird den Forschern zufolge sowohl durch die Berührungsreize als auch durch das Hormon Jasmonsäure aktiviert.

Das Forscherteam konnte zeigen, dass die Verdauungsprozesse in den Fallen der fleischfressenden Venusfliegenfalle proportional mit der Anzahl an Berührungsreizen zusammenhängen. Sie belegten auch, dass elektrische Signale in den Drüsen in hormonelle Signale umgewandelt werden. 

Alles in allem verrät sich ein Tier also durch seine wiederholten Fluchtbewegungen als „nährstoffreiche Beute“ und besiegelt somit sein Schicksal. Die Pflanze entpuppt sich hingegen als Stratege, der anhand der Reize kalkuliert, wie weiter vorgegangen wird. Die Ergebnisse der Forscher verdeutlichen – Pflanzen sind gewiefte Akteure im Ökosystem.