Melatonin – weit mehr als nur ein Schlafhormon für Menschen

Melatonin sorgt nicht nur für einen guten Schlaf beim Menschen, die Substanz ist auch an zahlreichen physiologischen Prozessen bei Pflanzen beteiligt. Nach und nach fügen sich viele Puzzle-Teile zu einem umfassenden Gesamtbild zusammen – nützliche, praktische Anwendungen daraus sind nicht ausgeschlossen.

Melatonin ist ein Hormon, das beim Menschen den Tag-Nacht-Rhythmus steuert. Fällt Tageslicht auf die Netzhaut, so wird die Melatoninbildung im Gehirn gehemmt. Bei Dunkelheit produziert der Körper hingegen vermehrt Melatonin. Während der dunklen kurzen Wintertage fühlen sich daher viele Menschen müde und antriebslos.

1995 entdeckten Wissenschaftler Melatonin auch im Pflanzenreich. Nach und nach traten immer mehr Funktionen dieser Substanz bei Pflanzen zu Tage. So gilt sie heute auch als Antioxidans und Stabilisator biologischer Membranen - allen voran der mitochondrialen Membranen.

Ist Melatonin ein pflanzliches Hormon?

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Um einem Molekül eine hormonelle Aktivität zuschreiben zu können, müssen mehrere Dinge bekannt sein: Wie wird die Substanz im Organismus hergestellt, transportiert und wieder abgebaut? Ist ein spezieller Rezeptor für dieses Molekül vorhanden, dass nach Bindung der Substanz eine spezifische Signaltransduktionskette in Gang setzt? Als vor wenigen Wochen in der Modellpflanze Arabidosis thaliana der erste Rezeptor für Melatonin aufgespürt und charakterisiert wurde, komplettierten sich die Hinweise, dass Melatonin tatsächlich ein Pflanzenhormon ist. Noch ist allerdings im Gegensatz zum tierischen Melatonin nicht das synthetisierende Enzym Serotonin-N-Acetyltransferase (AANAT) in Pflanzen entdeckt worden.

Melatonin wirkt vielfältig

Die vielfältigen Effekte in der Pflanze lassen auch den Schluss zu, dass Melatonin nicht nur ein „einfaches“ Hormon, sondern ein universeller Regulator ist. Wie bei Tieren hilft Melatonin auch Pflanzen, auf Licht- und Schattenzyklen zu reagieren und sich an „raue“ Umweltbedingungen anzupassen.

Zahlreiche weitere physiologische Prozesse in der Pflanze hängen von Melatonin ab. Dazu gehören das Wachstum der Pflanze, die Wurzelbildung, die Auskeimung der Samen und die Photosynthese. Auch an der Regulation der intrazellulären Calciumkonzentration, von osmotischen Vorgängen und am Schutz vor biotischen und abiotischen Stressfaktoren ist Melatonin beteiligt. Dabei agiert das pflanzliche Melatonin nicht nur als Antioxidans, sondern fungiert auch als Regulator der Genexpression für zahlreiche Stoffwechselwege.

Ein Versuch mit gentechnisch verändertem Reis mit einer erhöhten Melatonin-Produktion verdeutlichte: 260 Gene wurden durch den künstlich erhöhten Melatonin-Gehalt verstärkt exprimiert, 204 Gene hingegen runterreguliert. Ähnliche Ergebnisse zeigten auch Versuche mit Gurken und Arabidopsis. Melatonin spielt offenbar eine wichtige Rolle bei der Modulation der Genexpression und steuert so maßgeblich Wachstum und Entwicklung einer Pflanze. Vielleicht kann die Substanz, ähnlich wie Auxin, auch beiden Bereichen gleichermaßen zugeordnet werden – den Phytohormonen und den Masterregulatoren, die auch andere Pflanzenhormone mitregulieren. Auch suchen die Wissenschaftler jetzt nach weiteren Rezeptoren für Melatonin in Pflanzen – schließlich sind auch in tierischen Organismen gleich mehrere bekannt. 

Auf der Suche nach praktischen Anwendungen

Neben den theoretischen Überlegungen zur funktionalen Einordnung der Substanz Melatonin ergeben sich nun auch anwendungsorientierte, ganz praktische Fragen: Ist es möglich, Pflanzen in Stresssituationen durch Phyto-Melatonin zusätzlich zu stärken? Lässt sich das Wachstum von Pflanzen durch die Melatonin-Regulation züchterisch beeinflussen? Kann möglicherweise auch der menschliche Schlaf durch Phyto-Melatonin beeinflusst werden? Zukünftige Studien müssen diesbezüglich noch Klarheit bringen.