Wenn die Falle zuschnappt

Wie fleischfressende Pflanzen Stickstoff aus ihrer Beute holen

17.09.2013 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Blätter der fleischfressenden Venusfliegenfalle sind zu Fallen umfunktioniert. Blitzschnell schnappen sie zu und fangen so Beute. (Quelle: © asoby - Fotolia.com)
Die Blätter der fleischfressenden Venusfliegenfalle sind zu Fallen umfunktioniert. Blitzschnell schnappen sie zu und fangen so Beute. (Quelle: © asoby - Fotolia.com)

Die fleischfressende Venusfliegenfalle kann mit ihren Blättern blitzschnell zuschnappen. Deutsche Forscher haben nun herausgefunden, wie die Pflanze ihre Beute verdaut und daraus Stickstoff (N) ziehen kann: Eine saure Verdauungsflüssigkeit zerlegt die eiweißreiche Beute in ihre Grundbestandteile, die Aminosäuren. Mithilfe des Enzyms Glutamin-Desaminase wandelt sie die Aminosäure Glutamin in Ammonium (NH4+) um. Dieselben Drüsen, die die Verdauungsflüssigkeit ausscheiden, nehmen die Ammonium-Ionen durch einen speziellen Transporter auf. Die Blätter der Venusfliegenfalle sind also wahre Multitalente: sie sind Fangorgan, Mund, Magen und Darm zugleich. Dadurch dass sie Stickstoff und andere Nährstoffe aus der gefangenen Beute ziehen können, sind Venusfliegenfallen in der Lage auf nährstoffarmen Böden zu wachsen. Ein klarer Standortvorteil für diese räuberischen Pflanzen.

Die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) ist die wohl bekannteste fleischfressende Pflanze (Karnivoren), die mit ihren zu Fallen umfunktionierten Blättern eine ausgefeilte Technik zum Fang von Beute entwickelt hat.

Aktiver Beutefang

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Die fleischfressende Venus-Fliegenfalle beißt mit ihren tellerfallenartig geformten Blättern zu. Dabei wird der „Mund“ erst zum „grünen Magen“ und dann zum „Darm“.

Die fleischfressende Venus-Fliegenfalle beißt mit ihren tellerfallenartig geformten Blättern zu. Dabei wird der „Mund“ erst zum „grünen Magen“ und dann zum „Darm“.

Quelle: © Christian Wiese

Die Klappfallen schnappen zu, wenn beispielsweise ein Insekt die Sinneshaare auf der Oberfläche der Fallen berührt. Um zu vermeiden, dass sich die Falle unnötig ohne Beute schließt, wartet die Venusfliegenfalle ab, bis in kurzer Zeit zweimal die Sinneshaare berührt werden. Durch diese Berührung werden elektrische Impulse ausgelöst, die die Falle im Bruchteil einer Sekunde schließen. Die gefangene Beute kommt beim aussichtslosen Versuch sich zu befreien, immer wieder an die Sinneshaare und löst dadurch den gegenteiligen Effekt aus: Durch eine Flut von elektrischen Impulsen wird die Falle hermetisch verriegelt. Dabei wird ein Hormon (12-oxo-Phytodiensäure) gebildet, welches  die vielen Drüsen im Inneren der Fallen aktiviert. Es führt dazu, dass der saure Verdauungssaft in die Falle einströmt, der die Beute verdaut.

Tierisches Eiweiß als zusätzliche Nährstoffquelle

Die Pflanze fängt die Beute nicht zum Spaß, sondern sie dient ihr als zusätzlicher Nährstofflieferant. Die Venusfliegenfalle ist nämlich in nährstoffarmen Moorgebieten Nordamerikas heimisch und ihre Wurzeln können daher nicht alle benötigten Nährstoffe aus dem Boden ziehen. Vor allem auf den Stickstoff (N) hat es die Pflanze abgesehen. Diesen nehmen Pflanzen für gewöhnlich in Form von Nitrat (NO3) und Ammonium (NH4+) aus dem Boden auf. Doch die Venusfliegenfalle kann Ammonium aus der tierischen Beute für sich nutzen. Forscher aus Würzburg, Freiburg und Göttingen haben sich den Vorgang der Beuteverdauung einmal genauer angesehen und einen bisher unbekannten Weg entdeckt, durch den die Venusfliegenfalle an diesen wichtigen Nährstoff gelangt. 

Die Beute wird in den Blättern verdaut

Stellen wir uns also vor, die Venusfliegenfalle hat einen Fang gemacht und das Insekt liegt im Verdauungssaft. Dieser saure Saft besteht aus mehr als 50 verschiedenen Verdauungsenzymen, die nun ans Werk gehen. Um zu verstehen, was dabei genau passiert, analysierte das Forscherteam den Verdauungssaft. Er zerlegt die eiweißhaltige Beute in ihre Einzelteile, sprich in Aminosäuren. Während auch Ammonium (NH4+) im Verdauungssaft  der Pflanze entdeckt wurde, fehlte in den Proben jedoch eine der Aminosäuren, Glutamin, fast völlig. Wie sich herausstellte, nutzt die Pflanze genau diese zur Ammoniumgewinnung: „Die Pflanze hat in ihrem Magensaft ein Enzym, das Glutamin zu Glutamat und Ammonium spaltet. Letzteres wird dann von den Drüsen aufgenommen, die zuvor das Verdauungssekret ausgeschüttet haben“, erklärt Prof. Dr. Rainer Hedrich von der Universität Würzburg.

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Im Querschnitt durch die

Im Querschnitt durch die "grüne Magen-/Darmwand" der Venus-Fliegenfalle erkennt man die Drüsen (rot), die den sauren Cocktail von Verdauungsenzymen abgeben und dann die freigesetzten Nährstoffe aufnehmen.

Quelle: © Maria Escalante Perez

Durch den Ammonium-Transporter DmAMT1 gelangt das Ammonium in die Drüsen

Damit die Drüsen das Ammonium aufnehmen können, benötigen sie allerdings Hilfe: einen Transporter, der die Ammonium-Ionen aus der Verdauungsflüssigkeit in das Blattinnere transportiert. Dieser wird ebenfalls hormonell aktiviert. „Das Hormon sorgt dafür, dass die Drüsenzellen mit einem Ammonium-Transporter bestückt werden, der das begehrte stickstoffhaltige Molekül in die Pflanze hinein verfrachtet“, sagt Hedrich. Die Forscher fanden bei ihren Untersuchungen nicht nur den Transporter, sondern entdeckten auch das verantwortliche Gen, welches diesen Transporter kodiert, sie nannten es DmAMT1 (Dionaea-muscipula-Ammonium-Transporter1). Bei weiteren Untersuchungen wurde deutlich, dass die Nährstoffaufnahme erst möglich ist, nachdem die Beute gefangen und das Hormon 12-oxo-Phytodiensäure ausgeschüttet wurde. Da die Drüsen und der Transporter erst durch das Hormon aktiviert werden.

Die Venusfliegenfalle wird weiter erforscht

Für seine Forschung an der Venusfliegenfalle wurde Prof. Hedrich 2010 bereits mit dem europäischen Forschungspreis „ERC Advanced Grant“ ausgezeichnet. Die Auszeichnung war mit 2,5 Millionen Euro dotiert, um die weitere Erforschung der Geheimnisse der Venusfliegenfalle zu fördern. Denn zur Verdauung bei fleischfressenden Pflanzen gibt es immer noch viele ungelöste Fragen. Stickstoff ist nicht der einzige Nährstoff, den die Pflanze aus ihrer Beute zieht. Unklar ist, wie dies genau vor sich geht und auch was mit den Nährstoffen nach der Aufnahme passiert. Daher wollen die Forscher weiter an der fleischfressenden Pflanze forschen und auch das Erbgut der Pflanze dabei entschlüsseln.

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