Um Territorium zu erobern, wenden Pflanzen im Kampf „Gewalt an“!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Liao Xinfeng (Kunming Institut für Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Der geheime Kampf der Pflanzen

Nachdem Sie den Titel gelesen haben, fragen Sie sich vielleicht: Wie funktionieren Pflanzen? Tatsächlich stellt man bei etwas längerer Betrachtung fest, dass der aktive Kampfgeist der Pflanzen dem der Tiere in nichts nachsteht: Um Sonnenlicht zu bekommen und Platz einzunehmen, blockieren sie durch eine sorgfältige Anordnung andere Pflanzen, bis der gesamte verfügbare Platz ausgefüllt ist.

Man kann sagen, dass jeder Zweig und jedes Blatt, das eine Pflanze wachsen lässt, seine eigene „Absicht“ hat. Ihre Zweige können in der allgemeinen Richtung freie Flächen einnehmen und durch eine sinnvolle Anordnung eine Beschattung verhindern, während sich die Blätter auch in einem kleinen Bereich bewegen und ihre Blattstiele verdrehen können, um eine maximale Lichtausrichtung zu erreichen.

Die immergrüne Rebe bewegt ihre Blätter durch Verdrehen ihres Blattstiels

(Bildquelle: Autor)

Vielleicht haben Sie dieses Phänomen schon einmal im Blätterdach eines Waldes gesehen: Zwischen den Bäumen sind Lücken, als ob sie einander „Freundlichkeit“ zeigen würden. Dieses Phänomen, das als Baumkronenscheu bezeichnet wird, ist jedoch wahrscheinlich nicht auf ihre Höflichkeit zueinander zurückzuführen, sondern eher auf die Spuren, die ihr Kampf hinterlassen hat. Wenn die Äste mehrerer Bäume in den Raum des anderen eindringen, kommt es zwar nicht direkt zu einem „Kampf“, aber der Wind zwischen den Baumkronen sorgt dafür, dass es zu einem „Nahkampf“ kommt. Auf diese Weise blieb nach langfristiger physischer Abnutzung dieser stille Spalt zwischen den Baumkronen bestehen, durch den das Sonnenlicht in die Pflanzen am Boden eindringen konnte.

Kronenscheu

(Bildquelle: Wikipedia)

Unter der Erde bewegen sich die Wurzeln der Pflanzen wie Tiere auf der Suche nach Nahrung und zeigen so ihre Natur als Futtersucher. Sie kämpfen lautlos um Wasser und Nährstoffe unter der Erde und lassen dabei kaum Platz für einen Zentimeter Erde. Das Wurzelsystem breitet sich ebenso wie der oberirdische Teil der Pflanze lautlos aus und erschließt sich im Voraus die leeren Bereiche im Untergrund. Der geheime Kampf des Wurzelsystems führt auch zu einer Differenzierung der Pflanze, wodurch die Wurzeln im unterirdischen Raum ebenso geschichtet werden wie der oberirdische Teil, als würden sie einander weichen, aber tatsächlich ist dies auch das Ergebnis eines Kampfes.

Unterirdische Wurzelstruktur

(Bildquelle: The Turfgrass Group)

Sogar Pflanzen werden vorab auf dem Boden ausgelegt. Sie „vergiften“ den Boden durch abgefallene Blätter und die Chemikalien, die bei der Zersetzung dieser Blätter entstehen, können die Keimung anderer Pflanzen hemmen. Beispielsweise kann unter einem Walnusswald spärliche Vegetation zu sehen sein. Dies liegt daran, dass Walnüsse Walnussphenole über ihre Blätter in den Boden abgeben, um zu verhindern, dass andere Pflanzen mit ihnen um Ressourcen konkurrieren. Diese Strategie wird Allelopathie genannt.

Allelopathische Effekte führen dazu, dass unter dem Wald keine Pflanzen wachsen

(Bildquelle: Wikipedia)

Diese gängigen Kampfmethoden zeigen, dass Pflanzen bereits im Geheimen miteinander um Territorium und Ressourcen kämpfen, jedoch noch nicht wie Tiere direkt dagegen vorgehen. Dies liegt daran, dass Pflanzen eine geringe Mobilität aufweisen und direkte Aktionen für sie nicht praktisch sind. Doch die neuesten Forschungsergebnisse zeigen, dass Pflanzen durch Veränderungen, die durch anhaltendes Wachstum hervorgerufen werden, direkt eingreifen können.

Die „Kampfpartei“ unter den Pflanzen

Beispielsweise hat die im Amazonasgebiet wachsende Victoria amazonica, wie ihr Name schon sagt, ein dominantes Temperament, das den Leuten Beifall zollt.

Wenn im Amazonasgebiet die Victoria amazonica aus der Oberfläche eines Flusses auftaucht, kann dieser bereits mit anderen Wasserpflanzen gefüllt sein. Für Pflanzen, die an aquatische Lebensräume angepasst sind, ist die Wasseroberfläche ein hervorragender Ort mit viel Sonnenlicht und der Möglichkeit, sich frei zu bewegen. Wenn also die Wachstumsperiode beginnt, herrscht unter den Pflanzen reges Treiben und der Wettbewerb um die Wasseroberfläche ist ebenso heftig wie in der afrikanischen Savanne.

Leider ist die Überlegenheit dieser Schwimmpflanzen nur vorübergehend, da die Victoria amazonica bereits an Kraft gewinnt, bevor ihre Blätter aus dem Wasser kommen. Als Unterwasserpflanzen verfügen sie über Wurzeln im Boden, die ihrem Körper Halt geben. Wenn ihre Blätter an den Blattstielen aus dem Wasser gehoben werden, ist die Victoria amazonica bereit, in den Krieg zu ziehen.

Blätter der Amazonas-Seerose ragen aus dem Wasser

(Bildquelle: NikonClub Singapur)

Unter Wasser haben die Blattknospen der Victoria amazonica ihre Differenzierung abgeschlossen. Obwohl sie die Wasseroberfläche noch als Knospe erreicht, wächst sie sehr schnell und kann sich rasant ausbreiten. Während die Blätter weiter wachsen, breiten sie sich immer weiter aus. Die Dornen auf der Rückseite der Blätter der Victoria amazonica können beim Wachsen und Ausbreiten auch die umliegenden Pflanzen zerdrücken.

Victoria amazonica nutzt die Dornen auf der Rückseite seiner Blätter, um andere Pflanzen zu zerquetschen

(Bildquelle: Wordpress)

Wenn der Wachstumsprozess der Victoria amazonica mittels Zeitrafferfotografie dargestellt wird, können alle Vorgänge auf den Blättern vollständig sichtbar werden. Es stellt sich heraus, dass sich die Dornen auf der Rückseite der Blätter ausdehnen und einrollen, wenn die Blätter nicht entfaltet sind, und so zum Schutz der Knospen dienen.

Während die Blätter wachsen und sich ausbreiten, beginnen sie selbst, wirbelnde Bewegungen auf der Oberfläche des Flusses auszuführen. Dabei verwenden sie die Wurzeln am Grund des Flusses als Drehpunkt und den Blattstiel als Radius und beginnen, wie ein Lasso zu kreisen. Die anderen Pflanzen waren ihm völlig schutzlos ausgeliefert und die Dornen auf ihren Blättern konnten die Oberfläche des Sees überziehen, was ihn unbesiegbar und so dominant machte wie den König der Löwen auf den afrikanischen Graslandschaften.

Amazonas-Seerosenblätter nutzen Fegen und Zerdrücken, um schließlich die Wasseroberfläche zu dominieren

(Bildquelle: rove.me)

Die „planende“ Pflanze, die sich erst „hinlegt“ und dann aktiv wird

Die Victoria amazonica nutzt die Kraft ihres Wachstums, um die Initiative zu ergreifen und mit anderen Wasserpflanzen um Territorium auf der Flussoberfläche zu konkurrieren. Zufälligerweise verwendet auch Elephantopus elatus, ein kleines Gras aus der Familie der Korbblütler, das in Savannengrasland lebt, die gleiche Strategie, um am Boden zu kämpfen.

Sie sehen aus, als hätten sie sich völlig „flach gelegt“: Die Blätter liegen überwiegend auf dem Boden, sind rosettenförmig ausgebreitet und haben nicht die Absicht, aus ihnen herauszuwachsen. Sie kommen nur während der Brutzeit zum Vorschein, wenn die Blüten aus dem Boden kommen, um die Bestäubung und Samenverbreitung zu erleichtern. In der übrigen Zeit liegen die Blätter völlig „flach“ und breiten sich nur horizontal aus.

Die liegende Haltung des Erdlöwenzahns

(Bildquelle: phytoimages.siu)

Bei diesem Wachstumsmuster werden sie bald vom schnell wachsenden Gras verdeckt. Interessanterweise können ihre rosettenförmigen Blätter zwar in vertikaler Richtung an der Oberfläche nicht konkurrenzfähig sein, sie können jedoch „Schritt für Schritt vorrücken“.

Während die Blätter wachsen, rollen sich die Ränder der Blätter nach innen ein, wie ein umgedrehtes Tablett auf dem Boden, um Halt zu finden. Wenn sich die Blätter schnell ausbreiten, können sie in der Nähe sprießende Graskeimlinge verdrängen und so verhindern, dass ihr Bereich beschattet wird. Auf diese Weise können die verstreuten Oberflächenblätter um Territorium auf der Oberfläche konkurrieren.

Für die Experimente verpflanzten die Forscher Erdlöwenzahn aus der freien Natur und führten in Blattwuchsrichtung ein Plastikrohr ein, an dem ein Miniatur-Kraftmessgerät angebracht war. Studien haben ergeben, dass das Giersch durch kriechendes Wachstum auf dem Boden seine Blattspitzen nutzt, um sich kontinuierlich vorwärtszuschieben, wobei die Blätter eine durchschnittliche Kraft von 0,018 N und eine maximale Kraft von 0,2 N ausüben können.

Die Schubkraft der Blätter des Spathiphyllum

(Bildquelle: Referenzen, chinesische Übersetzung: Zhu Huan)

Obwohl diese Bemühungen bescheiden erscheinen mögen, handelt es sich nicht nur um Ameisen, die versuchen, einen Baum aufzuhalten. Was ihnen gegenübersteht, sind keine Riesen mit riesigen Körpern, sondern junge, gerade erst aufgetauchte Graskeime. Sie müssen die Setzlinge in der Wiege erwürgen, um zu verhindern, dass sie sich selbst bedecken, wenn sie erwachsen sind.

Messung der Schubkraft und Distanz, die durch Bodenlöwenzahn erzeugt wird

(Bildquelle: Referenzen)

Zusätzlich zur Kraftmessung platzierten die Forscher auch Setzlinge von Weidelgras (Lolium perenne) um das Murmeltier herum. Sie stellten fest, dass die vom Murmeltier erzeugte Kraft ausreichte, um 20 Weidelgrassetzlinge umzustoßen oder sogar zu bedecken.

Dies ist nicht nur auf den starken Schub des Bodenlöwenzahns zurückzuführen, sondern auch auf den Druck, der durch seine Körperform entsteht. Im Vergleich zu den ungestreckten Grassämlingen erscheinen die Blätter des gemahlenen Löwenzahns sehr breit, was dem Schieben eines Grashaufens mit einem Bulldozer gleichkommt und keinen großen Kraftaufwand erfordert. Wenn der erste Anstoß nicht erfolgreich ist, sendet der Löwenzahn vom gleichen Basispunkt aus die zweite und dritte Welle von Blättern aus, mit dem heroischen Gefühl, nicht aufzugeben, bis das Ziel erreicht ist.

Das Gierschgras verdrängt das umliegende Weidelgras

(Bildquelle: Referenzen)

Die aktive Wettbewerbsstrategie des Murmeltiers, das in saisonalen Graslandschaften lebt, ist zielgerichtet und effektiv. Wenn die Graswachstumssaison beginnt, wachsen diese Gräser aus unterirdischen Sprossen schnell in die Höhe. Schon bald bedecken diese hohen Gräser den Löwenzahnboden und bilden so die eigentliche unterste Schicht ohne Sonnenlicht.

Ausgewachsenes Gras in der Savanne

(Bildquelle: Pinterest)

Durch das schnelle Wachstum der Blätter schätzen Forscher jedoch, dass eine Murmeltierpflanze eine Fläche von 0,1 Quadratmetern schützen kann, die aufgrund des Schubs und Körperdrucks jedoch keinen Schatten spenden kann. Auf diese Weise bleibt das Murmeltier an der Oberfläche, die oberen Schichten sind jedoch nicht besetzt, und die oberste Schicht genießt reichlich Sonnenlicht.

Die Blätter des Spathiphyllum wachsen schnell und erzeugen Schub

(Bildquelle: Referenzen)

Abschluss

Diese Entdeckung hat ein neues Kapitel in der Erforschung des aktiven Kampfes der Pflanzen aufgeschlagen. Um uns herum gibt es viele Pflanzen mit rosettenförmigen Blättern. An der Oberfläche scheinen sie ruhig zu bleiben, aber vielleicht haben sie im Geheimen tatsächlich hart gearbeitet.

Stellen wir uns vor, wenn wir einen Wald sehen, ist das, was wir sehen, möglicherweise nur das Ergebnis des Kampfes zwischen Pflanzen. Die vertikale Struktur eines Waldes ist oft sehr offensichtlich: oben sind Bäume, dann Sträucher, unten Kräuter und dazwischen ranken Schlingpflanzen. Wenn wir jedoch sorgfältig über den Vorgang nachdenken, kann auch der Prozess, bei dem jede Pflanze ihre eigene Position einnimmt, sehr aufregend und intensiv sein. Vielleicht wird es in Zukunft mehr Fälle geben, in denen Pflanzen die Initiative ergreifen und nur darauf warten, von uns entdeckt zu werden.

Quellen:

[1]Sicangco, Camille K., et al. „Aktive Raumgewinnung durch Blätter einer Rosettenpflanze.“ Aktuelle Biologie 32.8 (2022): R352-R353.