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Können Pflanzen zählen?

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Die fleischfressende Venus-Fliegenfalle (Dionaea muscipula) kann bis fünf zählen, das haben Wissenschaftler der Julius-Maximus-Universität Würzburg herausgefunden. Wie genau die Pflanze zählt, das wurde kürzlich von einem japanischen Forschungsteam in Zusammenarbeit mit dem Team der Uni Würzburg im Journal Nature Plants vorgestellt.

Können laut Forschern aus Würzburg bis fünf zählen, die Venus-Fliegenfallen. Foto: Lawrie Phipps / Pixabay

Mechanischer Reiz löst Aktionspotential aus

Laut den Ergebnissen der vorgestellten Studien schnappen fleischfressende Venus-Fliegenfallen zu, wenn ein Beutetier sie innerhalb von 30 Sekunden zweimal berührt. Der mechanische Reiz wird demnach in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches sich als Aktionspotential über die gesamte Falle ausbreitet. Als Reaktion darauf passiert erst einmal nichts, erst wenn innerhalb von 30 Sekunden ein zweites Aktionspotential die Falle elektrisch erregt, schnappt sie zu. Kommt es zu keinem zweiten Aktionspotential, wird das erste aus dem Kurzzeitgedächtnis der Pflanze gelöscht. Die Forscher nehmen an, dass das Gedächtnis der Fliegenfalle auf einer zellulären Kalziumuhr beruht. Indem man einen Kalziumsensor in die Pflanze eingebaut hat, sollte diese Annahme nachgewiesen werden. Derartige Kalziumsensoren wurden bei Tieren und Pflanzen bereits erfolgreich eingesetzt, um Kalziumsignale zu erforschen und es klappte jetzt auch bei der Venus-Fliegenfalle.

Jedes Aktionspotential wird von einer Kalziumwelle begleitet

Experimente mit den sensorbestückten Pflanzen zeigten, dass sich der Kalziumspiegel blitzartig erhöhte, wurde ein Sinneshaar berührt. Innerhalb weniger Sekunden nach der Berührung erreiche die Kalziumwelle ihren Höhepunkt und sei nach einer Minute bereits abgeebbt. Wird ein Sinneshaar zweimal hintereinander gereizt, werden getrennt voneinander zwei Aktionspotentiale ausgelöst. Das erste bewirkt eine Erhöhung des zellulären Kalziumspiegels, das zweite, trifft es ein bevor sich der Kalziumspiegel auf seinen Ruhewert senkt, überlagern sich die beiden Signale und kalziumabhängige Prozesse werden in Gang setzt. Dadurch schnappt die Falle zu. „Die elektrische Erregung der Fallenzellen wird also in eine Konzentrationserhöhung von Kalzium übersetzt. Damit wird das vorbeiziehende Aktionspotential quasi in den elektrisch erregten Fallenzellen gespeichert. Kommt ein weiteres Aktionspotential, wird sein Kalziumwert dem ersten Signal hinzugefügt. Über diese Kalziumuhr kann die Venus-Fliegenfalle die Zahl der berührungsreizbedingten Aktionspotentiale zählen“, erklärt Biophysiker Rainer Hedrich, Professor an der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg.

Entscheidend ist das Überschreiten der Kalziumschwelle

Wenn das zweite Aktionspotential allerdings erst eintrifft, nachdem die erste Kalziumwelle abgeebbt ist, geht die Fliegenfalle nicht zu. Im Würzburger Labor konnte gezeigt werden, dass nach 30 Sekunden ein zweites Aktionspotential zwar nicht die Falle schließt, aber eine kurz darauffolgende elektrische Erregung. Mit diesem verspäteten zweiten Reiz stieg zwar der Kalziumspiegel wieder an, blieb aber unterschwellig. Mit dem dritten Reiz wurde die Schwelle für das Auslösen der Falle überschritten. „Unsere Befunde zeigen, dass das Kurzzeitgedächtnis und die Fähigkeit, bis zwei zu zählen, auf der Kalziumuhr beruhen“, erklärt Hedrich weiter. Doch damit nicht genug, denn die Venus-Fliegenfalle kann noch weiterzählen. Als Reaktion auf nachfolgende Aktionspotentiale kurbelt sie die Biosynthese des Berührungshormons Jasmonat an. Ab der fünften elektrischen Erregung produziert sie Verdauungsenzyme, die die Beute zersetzen sollen, und bringt Transportproteine in Stellung.

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