Schock! Wenn Pflanzen verletzt werden, „schreien“ sie tatsächlich und ihre „Stimmen“ sind sogar lauter als die von Menschen?

Beim Sortieren von Dokumenten schnitt uns ein A4-Blatt in die Hand; wir sind versehentlich gestürzt und haben beim Aufprall auf den Boden eine Wunde am Knie bekommen... Das macht nichts, solange wir es desinfizieren, bildet sich eine Kruste auf der Wunde und sie heilt in ein paar Tagen. Viele Tiere, die leichte Verletzungen erleiden, lecken ihre Wunden, sonnen sich und sind innerhalb weniger Tage wieder voller Leben.

Tiere können dies tun, aber haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, was zu tun ist, wenn Pflanzen verletzt werden?

Pflanzen sind von Natur aus anfällig für Schäden

Schließlich sind die meisten Pflanzen fest im Boden verwurzelt und wachsen dort. Sie können Gefahren nicht wie Tiere aktiv entkommen. Auf äußere Bedrohungen können sie durch ihre Wuchslage und morphologischen Merkmale nur passiv reagieren. Im Vergleich zu hochflexiblen Tieren können Pflanzen nur „passiv reagieren“.

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So können beispielsweise zunehmend extreme Klimabedingungen wie starke Winde und Regenstürme, das Auftreten verschiedener neuer Krankheiten oder mechanische Schäden wie beißende pflanzenfressende Insekten und Tiere zu schweren Schäden an Pflanzen führen. Wenn Pflanzen verletzt werden, werden die offenen Wunden zu einem Einfallstor für Krankheitserreger und Schädlinge. Dies führt zu einem Verlust von Wasser und Nährstoffen, schwächt die Pflanze und beeinträchtigt ihr Wachstum und ihre Entwicklung. In schweren Fällen kann es sogar zum Tod kommen. Daher ist es für eine Pflanze nie eine gute Idee, ihre Wunden unbeaufsichtigt zu lassen.

Allerdings können sich die meisten Pflanzen nicht selbstständig fortbewegen, geschweige denn, wie Menschen und Tiere, auch nur die einfachsten Behandlungen ihrer Wunden durchführen. Daher haben Pflanzen unter dem Druck der Umwelt einen einzigartigen und effizienten Wundheilungsmechanismus entwickelt. Obwohl sie sich nicht bewegen können, sind Pflanzen auf ihre eigene Struktur und biochemischen Reaktionen angewiesen und können Wunden schnell heilen und das Eindringen externer Bedrohungen verhindern . Wie also „wissen“ Pflanzen, wann sie verletzt sind, und wie heilen sie sich selbst? Lassen Sie uns als Nächstes darüber sprechen.

Empfinden Pflanzen Schmerzen, wenn sie verletzt werden?

Bei Verletzungen ist unsere erste Reaktion „Schmerz“, und das gilt auch für viele Tiere. Pflanzen sind jedoch mehrzellige eukaryotische Organismen mit Zellwänden aus Zellulose und unterscheiden sich in ihrer Grundstruktur stark von Tieren. Pflanzen verfügen im Gegensatz zu Tieren nicht über ein spezialisiertes Nervensystem und zeigen bei Verletzungen keine offensichtlichen Stressreaktionen wie Schreien, Ausweichen oder Angreifen.

Viele Menschen glauben daher, dass Pflanzen, da sie kein Nervensystem haben, auch keine Gefühle für Verletzungen haben. Tatsächlich ist diese Aussage nicht erschöpfend. Denn obwohl Pflanzen keinen „Schmerz“ wie Menschen oder viele Tiere empfinden, können sie dennoch „wissen“, wo sie verletzt sind und entsprechende Maßnahmen ergreifen.

Es stellt sich heraus, dass Pflanzen externe Reize durch eine Reihe komplexer biochemischer Mechanismen wahrnehmen können. Bei einer Schädigung ergreifen Pflanzen geschickte Gegenmaßnahmen. So reagieren sie beispielsweise schnell auf molekularer Ebene durch elektrische und chemische Signale sowie durch Hormonregulierung, um ihre eigenen Abwehr- und Reparaturmechanismen zu aktivieren.

Wenn beispielsweise viele Blätter einer Pflanze dadurch verletzt werden, dass sie von Menschen gepflückt oder von Tieren gefressen werden, setzen die beschädigten Teile Glutamat frei, eine Substanz, die an der verletzten Stelle der Pflanze Kalziumsignale erzeugt und diese innerhalb kurzer Zeit an den gesamten Pflanzenkörper weiterleitet. Die Pflanze aktiviert dann ihren Abwehrmechanismus im Körper und macht andere Teile der Pflanze darauf aufmerksam, dass Gefahr droht und sie Abwehrmaßnahmen ergreifen müssen. Zu ihrer Verteidigung schütten sie normalerweise Abwehrhormone aus, beispielsweise bestimmte Geruchshormone, die parasitäre Wespen anlocken, die wiederum Insekten fressen, die Pflanzen angreifen. Oder sie lösen die Freisetzung übelriechender Chemikalien aus, die den Insekten den Appetit rauben und sie so schützen.

Die Reaktion von Arabidopsis thaliana auf Verletzungen. Die weißen Pfeile zeigen den verletzten Bereich an und die Blitze zeigen die Übertragung von Kalziumsignalen an.

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Darüber hinaus können Pflanzen, wenn sie geschädigt werden, Geräusche verursachen, die für Menschen nicht hörbar sind . Wissenschaftler haben zahlreiche Experimente durchgeführt und festgestellt, dass Tomatenpflanzen nach dem Auspressen und Schneiden von Tabakstängeln tatsächlich Ultraschallwellen aussenden können. Laut Statistik sendeten Tomaten beim Auspressen innerhalb einer Stunde 25 Arten von Ultraschallwellen aus, und beim Aufschneiden von Tabakstängeln sendeten sie 15 Arten von Ultraschallwellen aus. Pflanzen, die nicht geschnitten oder gequetscht wurden, gaben nur gelegentlich Geräusche von sich, im Durchschnitt weniger als einmal pro Stunde. Dies zeigt, dass Pflanzen zwar auf Schäden reagieren, es für uns jedoch schwierig ist, diese im Normalfall wahrzunehmen.

Pflanzen haben also kein Nervensystem und können vermutlich auch keinen „Schmerz“ wie wir empfinden, aber sie verfügen dennoch über komplexe und einzigartige Wahrnehmungs- und Reaktionsmechanismen und nehmen ihre eigenen Verletzungen auf eine Art und Weise wahr und reagieren darauf, die wir noch nicht vollständig verstehen.

Wie heilen Pflanzenwunden?

Die Frage ist also: Auch wenn Pflanzen „fühlen“ können, wo sie verletzt sind, können sie nicht wie Tiere Maßnahmen ergreifen, wie z. B. lecken, sich verbinden oder die Umgebung nutzen, um die Wunde schnell zu heilen. Wie also „heilen“ Pflanzen?

Obwohl Pflanzen im Gegensatz zu Tieren kein spezialisiertes Kallusgewebe zur Heilung besitzen, haben sie eine Reihe effizienter Reparaturmechanismen entwickelt , um durch Zellregeneration, Wundverschluss und Sekretion von Substanzen schnell auf Schäden reagieren zu können . Es sind diese einzigartigen biologischen Mechanismen, die es Pflanzen ermöglichen, nach Verletzungen schnell zu heilen und unter Umweltbelastungen und äußeren Bedrohungen weiter zu überleben.

Bei einer Verletzung sondert die Pflanze sofort Harz, Latex oder andere chemische Sekrete an der Wunde ab. Diese Sekrete können nicht nur die Wunde versiegeln und Wasserverlust verhindern, sondern wirken auch als Barriere, um das weitere Eindringen von Krankheitserregern zu verhindern. Wenn beispielsweise eine Kiefer beschädigt wird, wird aus der Wunde Harz abgesondert, um die Wunde zu schützen. Gleichzeitig aktiviert die Wunde der verletzten Pflanze schnell das Jasmonsäuresignal, das eine langsame Ansammlung von Lignin an der Wunde bewirken, die Zellwand des verletzten Gewebes stärken und die Wunde versiegeln kann, sodass eine „Schorfschicht“ entsteht.

Während des Prozesses der „Schorfbildung“ der Wunde kann das schnell aktivierte Jasmonsäuresignal aufgrund der langen Zeit nicht kontinuierlich reagieren. Zu diesem Zeitpunkt produziert die Pflanze auch ein Abscisinsäuresignal, um das Jasmonsäuresignal zu ersetzen und ein Schlüsselprotein namens RAP2.6 zu aktivieren. Dadurch wird die kontinuierliche Synthese und Ansammlung von Lignin an der Wunde abgeschlossen und die kontinuierliche Reparatur der Pflanzenwunde sichergestellt, bis die „Schorfschicht“ verheilt ist und das Wachstum fortgesetzt wird.

Gerade auf Grundlage dieser einzigartigen physiologischen Mechanismen können Pflanzen Wunden, die während ihres Wachstums entstanden sind, schnell heilen und physiologische Schäden sowie Schädlingsschäden reduzieren, wodurch ihr normales Wachstum und ihre Vermehrung sichergestellt werden. Diese effiziente Selbstheilungsfähigkeit lässt uns die wunderbare Art und Weise bewundern, in der sich Organismen an die Umwelt anpassen.

Welche Bedeutung hat die Pflanzenheilkunde für den Menschen?

Aus diesem Grund wissen wir bereits, dass Pflanzen nicht nur Verletzungen spüren, sondern ihre starken Heilkräfte auch nutzen können, um ihr eigenes Leben zu erhalten. An dieser Stelle könnte sich jemand fragen: Welche Bedeutung haben die wissenschaftlichen Forschungen zur Wundheilung durch Pflanzen für den Menschen?

Tatsächlich können sich Pflanzen nach einer Beschädigung nicht nur selbst reparieren, sondern einige können sich auch selbst ersetzen (verschiedene Organe regenerieren). Dies ist Pflanzenregeneration. Das Phänomen der Pflanzenregeneration wurde schon sehr früh entdeckt und in der praktischen Produktion, beispielsweise durch Gewebekultur, Stecklinge und Pfropfen, angewendet, um die hervorragenden Eigenschaften der Elternpflanzen schnell zu reproduzieren und weiterzugeben . Wissenschaftler untersuchen derzeit die molekularen Mechanismen von Pflanzenschäden. Dies wird dazu beitragen, die Regeneration von Pflanzen besser zu verstehen und dadurch die Regenerationsmethoden und Agrartechnologien weiter zu verbessern. Dies wiederum beschleunigt die Pflanzenvermehrung und verbessert die Pflanzenqualität.

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Darüber hinaus ist das Beschneiden von Gartenpflanzen ein wichtiger Teil der Pflege von Gartensetzlingen. Richtig beschnittene Setzlinge werden gesünder und schöner. Es ist jedoch natürlich und unvermeidlich, dass den Pflanzen beim Beschneiden Schaden zugefügt wird. Wenn Gärtner beim Beschneiden von Pflanzen den Wundheilungsmechanismus der Pflanze wissenschaftlich und rational nutzen und den besten Zeitpunkt, die besten Werkzeuge und Methoden dafür auswählen, können sie das Risiko einer durch das Beschneiden verursachten Krankheitsinfektion wirksam verringern, den Pflanzen dabei helfen, schnell wieder zu wachsen und die Ästhetik von Zierpflanzen sowie den Ertrag von Nutzpflanzen verbessern.

Daher ist die Heilung von Pflanzenwunden nicht nur für die Pflanzen selbst von Vorteil, sondern kommt auch dem Menschen zugute. Das Studium der Heilmechanismen von Pflanzen kann uns nicht nur dabei helfen, die Überlebensstrategien von Pflanzen besser zu verstehen, sondern bietet auch einen breiten Anwendungswert in vielen Bereichen, beispielsweise der Landwirtschaft, und kommt damit der Menschheit zugute.

Verweise

[1]Masatsugu Toyota et al. Glutamat löst kalziumbasierte Abwehrsignale über große Entfernungen in Pflanzen aus. Science 361, 1112–1115 (2018). DOI: 10.1126/science.aat7744

Planung und Produktion

Autor: Li Ting, Institut für Agrargenomik, Chinesische Akademie der Agrarwissenschaften

Rezension von Gu Lei, Ph.D. in Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Außerordentlicher Professor, Capital Normal University

Planung – Ding Zong

Herausgeber: Ding Zong

Korrekturgelesen von Xu Lai und Lin Lin

Das Titelbild und die Bilder in diesem Artikel stammen aus der Copyright-Bibliothek

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