Lauschangriff erwünscht!

Schadinsekten fördern eine „öffentliche“ Kommunikation unter Nachbarpflanzen

02.10.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Goldrute (Solidago altissima) diente in der Studie als Versuchspflanze. (Bildequelle: © iStock.com/Lastovetskiy)
Die Goldrute (Solidago altissima) diente in der Studie als Versuchspflanze. (Bildequelle: © iStock.com/Lastovetskiy)

Pflanzen können gezielt ihre nahverwandten Artgenossen mit Duftstoffen warnen, wenn Schädlinge angreifen. Nun fand man heraus, dass von Schädlingen regelmäßig drangsalierte Pflanzen auch entfernt verwandte Nachbarn über die drohende Gefahr unterrichten. Und dass gefräßige Insekten die Wahl der Kommunikationsform beeinflussen.

Pflanzen kommunizieren über chemische Signale miteinander. Um mit Pflanzen in ihrer direkten Umgebung Informationen auszutauschen, werden auch Duftstoffe abgegeben. Sie werden flüchtigen organischen Verbindungen (engl. volatile organic compounds, VOCs) genannt. Der Austausch über die Luft ist eine relativ offene Formen der Kommunikation, denn jeder Organismus kann sie potenziell empfangen – vorausgesetzt er versteht sie.

Offene versus „private“ Kommunikationskanäle

Das Alarmsignal bringt die umgebenden Pflanzen dazu, Abwehrmechanismen zu aktivieren und sich so rechtzeitig vor den Angreifern zu schützen. Aber was hat eine Pflanze davon, solche Signale an ihre Nachbarn zu senden? Und wie entwickelt sich ein solcher Informationsaustausch evolutionär?

Es gäbe zwei Erklärungen bzw. Strategien für das Vorwarnen: Der Signalgeber hilft nur nahverwandten Pflanzen sich rechtzeitig zu schützen, um die Chancen für ein Überleben der Population zu erhöhen. Eine Theorie, die auch Verwandtenselektion genannt wird. In diesem Fall werden „private“ VOC-Mischungen als Signal ausgesendet, die eben nur nahe Verwandte wahrnehmen können.

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Manche Versuchspflanzen waren vor dem Experiment dem gefräßigen Blattkäfer Trirhabda virgata bzw. dessen Larven ausgesetzt, andere wurden gezielt vor Angreifern geschützt.

Manche Versuchspflanzen waren vor dem Experiment dem gefräßigen Blattkäfer Trirhabda virgata bzw. dessen Larven ausgesetzt, andere wurden gezielt vor Angreifern geschützt.

Quelle: © Smidon33/wikimedia.org; CC BY-SA 3.0

Oder aber die Signalgeber informieren möglichst viele Pflanzen in ihrer Umgebung, unabhängig vom Verwandtschaftsgrad – die Theorie vom beiderseitigen Nutzen. Damit steigt die Chance, dass die Pflanzenfresser (Herbivoren) in der gesamten Umgebung besser abgewehrt werden können und schneller zu anderen Futterplätzen abwandern. In diesem Fall müssten die VOC-Signale entsprechend unspezifischer sein, also „nicht abhörsicher“.

Wie kommunizieren Goldruten bei Insektenbefall?

Um herauszufinden, welche der beiden Theorien zutrifft und welche Rolle Herbivoren bei der Pflanzenkommunikation spielen, führte ein internationales Forschungsteam Experimente mit der Goldruten-Art Solidago altissima durch. Sie stellten dafür Pflanzen in der freien Natur auf und testeten, wie sie auf Fraßfeinde reagierten. Dafür nutzten sie Pflanzen aus Populationen, die zuvor bereits 12 Jahre lang mit fraßfreudigen Blattkäfern der Art Trirhabda virgata in Kontakt gekommen waren. Und verglichen deren VOC-Signale mit Populationen, die ebenso lang durch Insektizidbehandlung vor Fraßfeinden sicher waren und nun erstmals mit Herbivoren konfrontiert wurden.

Alle Pflanzen standen beim Experiment einzeln in Kübeln und mit ausreichendem Abstand zueinander. Somit konnten andere Formen der „zwischenpflanzlichen“ Kommunikation – beispielsweise über den Boden – ausgeschlossen werden.

Die Vorgeschichte ist entscheidend

Pflanzen, die zuvor regelmäßig von Schädlingen befallen wurden, warnten alle umgebenden Pflanzen. Anders verhielten sich die in der Vergangenheit durch Insektizide geschützten Goldruten: Sie warnten nur die Nachbarn, die den gleichen Genotyp hatten.

Analysen der von beiden Gruppen ausgesendeten VOCs ergaben, dass das Muster der Sesquiterpene unterschiedlich war. Die VOCs von zuvor befallenen Pflanzen hatten eine Gemeinsamkeit: Fünf Einzelkomponenten waren in der Mischung erhöht und ermöglichten offenbar durch „eine gemeinsame Sprache“ eine „öffentliche“ Kommunikation. Das ist ein Beleg für die Theorie von beiderseitigem Nutzen.

Die bislang geschützten Pflanzen hingegen sendeten eine spezifischere VOC-Mischung aus, bei der kein Bestandteil bei allen untersuchten Genotypen besonders ausgeprägt war. Dies deutet auf „abhörsichere“ bzw. private Kommunikationswege hin, bei der nur die nahen Verwandten gewarnt werden sollen.

Herbivoren sind Treiber von offener Pflanzenkommunikation

Offenbar entscheidet also die Höhe des Schädlingsdrucks in der Vergangenheit, welche Signal- und Verteidigungsstrategie zum Zuge kommt. So kann es in einigen Umgebungen sinnvoller sein, dass Pflanzen nur mit „Ihresgleichen“ kommunizieren und dadurch gezielt der eigenen Population einen Überlebensvorteil ermöglichen. Und in anderen Gegenden mit hohem Befallsdruck haben die Pflanzen mehr davon, wenn sie möglichst viele Mitstreiter im Kampf gegen die Schädlinge an ihrer Seite haben.

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