biologie wood wide web das intelligente netz der pflanzen - LINV

BIOLOGIEWOOD WIDE WEBDAS INTELLIGENTE NETZ DER PFLANZENEine biologische Revolution bahnt sich an: Zunehmend entdeckenForscher, dass Pflanzen zu erstaunlichen Intelligenzleistungen fähigsind. Verantwortlich dafür ist ihr »Wurzel-Gehirn« – ein riesigesunterirdisches Kommunikationsnetz Von Joseph ScheppachKLETTERPFLANZE Ein Menschhangelt sich an den mächtigenWurzeln eines Baums entlang,der die Ruinen eines ehemaligenSilberbergwerks in Mexiko»erobert« hat. Welche entscheidendeRolle Wurzeln in der InformationsübertragungzwischenPflanzen spielen, das entdeckenNeurobiologen erst jetztCORBIS78 50 P.M. 9/2007 10/2007Zum Anhören unter: www.pm-magazin.de/audio10/2007 9/2007 P.M. 79 51

PIONIER Der Inder Chandra Bose(1858 – 1937) und sein »Crescograph«.Mit dieser Apparatur untersuchte derForscher das Wachstum von PflanzenPFLANZEN-GEDÄCHTNIS Nur wennsie innerhalb von 30 Sekunden zweiBerühungen ihrer Härchen spürt,schnappt die »Venusfliegenfalle« zuHat Grünzeug Grips? Können Pflanzenerkennen, was mit ihnen geschieht?Ist ein Strauch fähig, voreiner Gartenschere zurückzuweichen odersich der Gießkanne zuzuneigen? Fühlt einBaum Schmerz, wenn ein Mensch ihn fälltoder ihm ein Tier einen Zweig abbeißt?Rächen sich manche Bäume sogar dafür? InSüdafrika verendeten 1990 über 3000 Antilopen.Die Täter: Akazienbäume! Sie haltenFressfeinde fern, indem sie bei Gefahrdie Konzentration des giftigen BitterstoffsTannin in ihren Blättern bis zu einer tödlichenDosis steigern. Gleichzeitig setzen siedas farblose, süßlich riechende Gas Ethylenfrei, das der Wind zu den anderen Bäumenträgt – die auf dieses Alarmsignal hin ebenfallsihre Giftstoffproduktion erhöhen.Antilopen kennen die Gefahr: Normalerweisefressen sie niemals länger als zehnMinuten von den Blättern ein und desselbenAkazienbaums. Dann wechseln sie zu einemanderen Baum – und laufen dabei immergegen die Windrichtung: Nur dort findensie noch nicht gewarnte Akazien. Dasses dennoch zu dem Massensterben in Südafrikakam, hatte diesen Grund: Als diePreise für Antilopenfleisch stiegen, wurdendie Tiere in Gehegen gezüchtet. Und da dieZäune sie am Weiterziehen hinderten,fraßen sie weit länger von den Akazien alsin freier Wildbahn. Das war ihr Tod.Ist die Abwehrstrategie der Akazie dasErgebnis ihrer Cleverness – oder gar Ausdruckihres Bewusstseins? Pflanzen ein Bewusstseinzuzuschreiben, gilt gemeinhin alsesoterische Spinnerei. Doch jetzt sprechenauch ernsthafte Wissenschaftler der vermeintlichso tumben Pflanzenwelt ein erstaunlichesAusmaß an Intelligenz und Problemlösefähigkeitzu. Diese Forscher sinddrauf und dran, die Biologe zu revolutionieren– und auch unsere herkömmlicheSicht auf die Pflanzen, die 98 Prozent derBiomasse unserer Erde ausmachen.DIE WISSENSCHAFTLER, von denenhier die Rede ist, haben einen neuen Forschungszweigbegründet: »Neurobiologieder Pflanzen«. Neurobiologie? Natürlichhaben Pflanzen kein Nervensystem, dessenist sich auch die Neurobio-Fraktion bewusst.Doch seit dem 18. Jahrhundert istnachgewiesen, dass es bei Pflanzen nebenden gut erforschten chemischen Botenstoffenauch so genannte elektrische Aktionspotenzialegibt: Sie dienen der internen Informationsübertragung,ähnlich wie in denNerven von Tieren und Menschen.Die Gemeinsamkeiten gehen den Neurobiologenzufolge noch viel weiter. »Füruns gibt es zwischen Tier- und Pflanzenreichkaum Unterschiede«, sagt der ZellularbiologeFrantisek Baluska vom Institutfür Zelluäre und Molekulare Biologie derUniversität Bonn. Pflanzen können riechen,schmecken, sehen, hören und sprechen. Siehaben vermutlich sogar mehr Sinne als wirMenschen. So »erspüren« Pflanzen ständigmindestens 20 verschiedene Umweltfaktoren,darunter Licht, Bodenstrukturund Schwerkraft. Und sie orientieren sichan elektrischen und magnetischen Feldernder Erde – vergleichbar den Vögeln.Wie sind die »grünen« Neurobiologenzu diesen Erkenntnissen gekommen? Derelektrische Fluss der Informationsübertragungim »Körper« der Pflanzen lässt sichähnlich wie bei Mensch und Tier messenund per Elektroenzephalogramm (EEG)darstellen. Dazu dringen die Wissenschaftlermit superfeinen Sonden sogar in einzelneZellen der Pflanzen ein. Bildgebende Verfahrenermöglichen es darüber hinaus,chemische Prozesse im Inneren zu beobachten:Mit Leuchtmarkern versehene Proteinebewegen sich in der Zelle, reagierenmit anderen Molekülen – und die Forscherschauen zu.Wie Pflanzen Umweltreize verarbeiten,damit beschäftigt sich die Bonner Forschungsgruppeseit 20 Jahren. »Wir wissenSPL / AGENTUR FOCUS, ULLSTEINPATRICK MACALLISTER, CORBISPflanzen können sehen, sprechen, riechen und hören. Ja, sie haben sogarmehr Sinne als wir Menschen. Sind sie in Wahrheit »verwandelte« Tiere?PFLANZE ODER TIER? Wenn dieMeeresschnecke Pflanzen frisst,baut sie bestimmte Zellen inihre Haut ein. Mit diesen Chloroplastenkann sie Photosynthesebetreiben – und sich wie eine Pflanzevon Sonnenlicht »ernähren«jetzt, dass Pflanzen insbesondere unter derErde intensiv miteinander kommunzieren«,erklärt Baluska. »Sie reden miteinander undauch mit bestimmten Pilzen.« Zur Kommunikationverwenden sie in Wasser gelösteBotenstoffe, die sie mit den Wurzeln»schmecken« können.Die jüngste Entdeckung: Über die Wurzelnkönnen Pflanzen auch zwischen ihrereigenen Art und Fremden unterscheiden.WUNDERSAME WENDIGKEIT Ein Wurzelspross(l.) bewegt sich beim Überwindenvon Hindernissen ähnlich vorwärts wieeine Schlange (r.): das Ergebnis hochentwickelterKoordinationsfähigkeitSie erkennen ihre Verwandten und schonensie im Kampf um Platz und Nahrung.Wächst nämlich in der Nähe ein Artverwandter,dann bilden beide Pflanzen ihreWurzeln weniger stark aus, um sich nichtgegenseitig zu schwächen. »Gärtner wissenzwar schon lange, dass manche Pflanzenpaarebesser miteinander auskommenals andere«, sagt die Entdeckerin der pflanzlichen»Vetternwirtschaft«, die kanadischeBiologin Susan Dudley. »Wie die Wurzelinteraktionaber genau vor sich geht, das beginnenWissenschaftler erst jetzt zu untersuchen.«KLAR IST: »Wurzeln bilden ein riesiges, dynamischesKommunikationsnetz«, sagt Baluskasakademischer Mitstreiter, der pensionierteBiologie-Professor DietmarVolkmann. Und dieses Info-Netz ist mindestensso groß ist wie das World WideWeb. So besitzt z. B. schon eine einzige Roggenpflanze13 Millionen Wurzelfasern miteiner Gesamtlänge von 600 Kilometern.An jeder davon wachsen Wurzelhärchen:etwa 14 Milliarden, die aneinandergereihteine Länge von 10600 Kilometern ergeben– die Entfernung von Pol zu Pol. An derSpitze jeder einzelnen Wurzelfaser entdecktendie Bonner Neurobiologen spezialisierteZellen. »Sie oszillieren ähnlich wie Hirnneuronenin synchronen Phasen«, erklärtVolkmann und scheut sich nicht, davon zusprechen, dass diese Zellen »gehirnähnlicheFunktionen« wahrnehmen. Zusammen bildensie das »Gehirn« der Pflanze, den »neuronalenWurzelstock« – gleichsam ein»Wood Wide Web«. Damit es arbeitenkann, sind die einzelnen Zellen des Gehirnsdurch »pflanzliche Synapsen« miteinandervernetzt – ähnlich wie bei Mensch und Tier.Wie erstaunlich lernfähig dieses Netzwerkist, ergab ein Versuch, bei dem dieWurzeln einer jungen Pflanze einer niedrigkonzentrierten Salzlösung ausgesetzt wurden.Diese Tortur führte dazu, dass diePflanze später sogar in höheren Salzkonzentrationenüberleben konnte, die normalerweisetödlich für sie sind. Die Erfahrungder Wurzel wurde also auf die ganze Pflanzeübertragen: Sie lernte, sich an die salzigeUmgebung anzupassen.Dass Pflanzen gewissermaßen mitdenkenund aus ihren Erfahrungen lernen, zeigtsich auch an jungen Bäumen: Gießt man sieüber einige Zeit in immer gleichen Abstän-10/2007 P.M. 53

den, prägen sie sich diesen Rhythmus ein;lässt man dann eine Wässerung ausfallen,bekommen sie dennoch einen Wachstumsschub– als wären sie gegossen worden. Erstwenn der Nährstoffnachschub mehrmalsnacheinander ausbleibt, merken sie, dassder Rhythmus unterbrochen ist, und senkenihren Energieaufwand für weiteres Wachstum.Die Fähigkeit, künftige Entwicklungenvorherzuahnen, zeigt sich auch in der Artund Weise, wie die oberirdischen Teile einerPflanze auf einen Konkurrenten reagieren,der ihnen das Sonnenlicht »wegnehmen«will: Die von der Nachbarpflanze auf sieselbst reflektierten Strahlen liefern ihr die Informationenüber die Position und dieWachstumsrichtung des Nachbarn. Undprompt ändert sie ihre eigene Wachstumsrichtung– noch bevor sie tatsächlich beschattetwird!TEAMWORK Wie die Passionsblumebieten viele Pflanzen den Ameisenspeziell für sie produzierten Nektaran. Als Gegenleistung wehren dieTiere Schädlinge ab.SYNAPSEN DasHormon Auxin gilt alsBotenstoff, der Informationenin Pflanzenwurzelnweiterleitet –ähnlich den Neurotransmitternin Gehirnen. ImBild zu sehen ist eineMais-Wurzelspitze. DasAuxin sammelt sich inder Mitte (l.: roterBereich). Rechts: Fließströmedes Auxins. Forscherglauben: Die Konzentrationin der Mitteentspricht der Synapsezwischen NervenzellenDIE »PARASITÄRE Kleeseide« ist ebenfallsein Meister der Vorausplanung. Sieernährt sich von anderen Wirtspflanzen –und möchte natürlich vorher wissen, obsich der Aufwand lohnt und der Wirt genug»hergibt«. Um das zu erkunden, berührt sieihr Opfer erst einmal mit ihren Saugnäpfchen.»Von der Einschätzung hängt ab, wieviele Windungen die Kleeseide um den Wirtlegt«, schreibt der Zellbiologe AnthonyTrewavas von der University of Edinburgh.»Denn je mehr Windungen, desto mehrSprosse, um an die Nährstoffe herankommen.Ist die Wirtspflanze aber schwach,dann bedeuten zu viele Sprosse einen Energieverlust.«Ob die Kleeseide tatsächlich»zuschlägt«, hängt davon ab, wie sie ihreVersorgung während der nächsten vier Tageeinschätzt – wäre sie nicht gesichert, würdedie Kleeseide eingehen.»Eine solche vorausschauende Planungverlangt ein flexibles Verhalten«, soTrewavas. »Das setzt Lernfähigkeit und Erinnerungsvermögenvoraus. Und es erfordertIntelligenz.« Intelligenz? Ein schillernderBegriff. Er stammt aus dem lateinischen»inter-legere« – »wählen zwischen« verschiedenenOptionen. Aber eine allgemeingültigeDefinition von dem, was Intelligenzist, gibt es bis heute nicht. In der Biologiewird sie häufig als »adaptives und variablesVerhalten während der Lebenszeit eines Individuums«definiert. Genau dies lässt sichbei Pflanzen beobachten, meint Trewavas:Pflanzen sind adaptiv, also anpassungsfähig,und sie können ihr Verhalten ändern.Sie versuchen, aus einer gegebenen Situationdas Beste für Wachstum und Fortpflanzungherauszuholen. Und da gilt es ebenauch für Pflanzen, genau abzuwägen: Wobefinden sich die meisten Nährstoffe? Wiestark ist die Konkurrenz? Wird es sich lohnen,neue Sprosse auszutreiben?»Selbst Bakterien wird eine basale Formvon Intelligenz zugesprochen, und mehrzelligePflanzen können all das, was Einzellerkönnen, in deutlich komplexerer Form«,sagt Trewavas. Sind Pflanzen womöglich sointelligent wie niedere Tiere? Ist eine Pflanzeein »verwandeltes« Tier, wie der BiologeRaoul Francé schon 1924 schrieb? Gemeinsamkeitensind durchaus vorhanden.Zum Beispiel besteht eine erstaunliche Ähnlichkeitzwischen der Hohlkonstruktion desGrashalms und dem Rückgrat der Wirbeltiere;zwischen den Wasserleitungsbahnenin den Pflanzen und den Blutbahnen derTiere; zwischen den Chloroplasten derPflanzen, die das Sonnenlicht absorbieren,und den Stäbchenzellen in der Netzhautdes Wirbeltierauges; zwischen dem grünenPflanzenfarbstoff Chlorophyll und demBlutfarbstoff Hämoglobin: Beide Bausteinesind fast identisch. Auch bei der Abwehrvon Krankheitskeimen zeigen sich Übereinstimmungen:Bei höheren Tieren bestehtdas Immunsystem aus zwei Komplexen,PATRICK MACALLISTERCORBISdem erworbenen und dem angeborenenImmunsystem. Pflanzen haben immerhinein angeborenes Immunsystem.EINE VERBLÜFFENDE Ähnlichkeit mitTieren zeigt sich auch bei den internen Signal-und Kommunikationswegen. Wennman ein brennendes Streichholz unter einMimosenblatt hält, dann schlagen selbstdie Blätter in zwanzig Zentimeter Entfernungnoch aus. Die elektrischen Signalleitungenführen zur blitzschnellen Reaktion,durchaus vergleichbar mit den Signalen inNervenfasern von Tieren. Sogar die Geschwindigkeitder Signalübertragung (biszu 20 Zentimeter pro Sekunde) ist vergleichbar:Schneller leiten auch die Nervenniederer Tiere nicht.Ob die Mimose wohl leidet, wenn mansie ansengt? »Das ist uns nicht bekannt«,sagt Forscher Volkmann. »Doch Pflanzenhaben Hormone und Proteine, die bei Menschenbeim Auslösen von Schmerzen eineRolle spielen.« Dürfen wir jetzt keinen Salatmehr essen, keine Bäume mehr fällen,keine Blumen mehr pflücken? »Alle Tierefressen Pflanzen, direkt oder indirekt. OhnePflanzen gäbe es weder Tiere noch Menschen«,sagt Biologe Boller. »Es könnte dieethische Aufgabe der Pflanze sein, gefressenzu werden.«Esoteriker glauben:Pflanzen wachsenbesser, wenn man siestreichelt. Jetztentdeckten Biologen»Berührungs-Gene«Dass die grünen Neuroforscher denPflanzen ähnliche Fähigkeiten zuschreibenwie den Tieren, treibt Vertreter der etabliertenWissenschaftsgemeinde auf die Palme.Zwar müssen auch traditionelle Biologeneinräumen, dass es Hinweise aufpflanzliche Substanzen gibt, die wie Neurotransmitterwirken. »Aber es gibt beiPflanzen keine mit Tieren vergleichbarenStrukturen auf der Ebene der Zellen, derGewebe oder Organe«, wettern 30 Wissenschaftlerim Fachblatt »Trends in PlantBiology«. Sie fürchten, dass mit der Pflanzenneurobiologiedie Wissenschaft der Biologieins Fahrwasser der Esoterik gerate.Fällt dann, woran laut Emnid-Umfragefast die Hälfte der Deutschen glaubt, auchunter Esoterik-Verdacht: dass Pflanzen besserwachsen, wenn man mit ihnen Gesprächeführt oder sie mit Barockmusik beschallt?Liebe statt Dünger? »Da muss manvorsichtig sein«, räumt auch der grüne NeurobiologeBaluska ein. Andererseits bestehtkein Zweifel daran, dass Pflanzen empfindlichauf jede Art mechanischer Reizereagieren: Unsere Sprache oder Musik sindstark genug, um Pflanzenmembranen zureizen. »Pflanzen nehmen die Frequenzender Töne wahr, sie hören eine Bach-Sonatejedoch kaum als Musik«, sagt Baluska.»Gut möglich aber, dass solche FrequenzenEinfluss auf das Wachstum haben. Obwohldas viele Wissenschaftler nicht gern hören.«Für unwissenschaftlich wurde lange Zeitauch die Behauptung gehalten: Pflanzenwachsen besser, wenn man sie streichelt.»Heute weiß man, dass Berühungen Pflanzen-Geneaktvieren«, sagt Volkmann. »Sieheißen Touch-Genes, also Berührungsgene.«Sind sie erst einmal aktiviert, ändertsich das Wachstum der Pflanze: Die Stengelwerden dicker. Ganz ohne Esoterik.Die grundsätzliche Frage aber bleibt:Kann es Wahrnehmung ohne Sinnesorganegeben, Geist ohne komplexes Gehirn?Wenn die Pflanzenneurobiologen von»pflanzlichen Synapsen« und einem »Wurzelstock-Gehirn«reden, dann mögen etablierteWissenschaftler zu Recht fürchten,dass ein ganzes Fach in Misskredit gebrachtwird, weil Begriffe aus der Neurobiologieder Tiere auf Pflanzen übertragen werden.Aber die alten Begriffe reichen einfach nichtmehr aus, um all die neuen Entdeckungenzu beschreiben. »Wir brauchen neue interdisziplinäreund ganzheitliche Forschungsansätze«,sagt Baluska. »Zellbiologie, Elektrophysiologieund Ökologie müssen engerzusammenarbeiten.« Nur so besteht überhaupteine Chance, das Geheimnis pflanzlicherIntelligenz zu lüften, das schon vorzweieinhalbtausend Jahren den PhilosophenAristoteles umgetrieben hat. Erschrieb zwar eine durch bewusstes Erkenntnisvermögendefinierte Seelentätigkeitallein uns Menschen zu – aber auch inden Pflanzen sah er eine vegetative Seelewirken. »Wenn man die Seele als das bezeichnet,was dem Wesen seine lebendeForm verleiht, dann hatte Aristoteles vielleichtdoch die richtige Idee«, meint der PhilosophAndreas Weber. »Seele beginntgleichzeitig mit dem Leben.« Pflanzen sindlebendig. Mithin haben sie auch irgendeineArt von Bewusstsein, weil die Zellen, ausdenen sie bestehen, es haben.Unter den Pflanzen befinden sich die ältestenund größten Lebewesen der Erde.Und obwohl sie an ihren Standort gefesseltsind, haben sie es geschafft, sich weltweitauszubreiten. Pflanzen reagieren auf Einflüsseund Gefahren. Was aber nehmen sievon ihrer Umgebung wahr? Gibt eswomöglich ein pflanzliches »Weltbild«?Der Pflanzenforschung steht eine aufregendeZeit bevor – vielleicht sogar ein Paradigmenwechselin unserer Sicht auf die Natur.Und damit letztlich auf uns selbst. WEBWEISERInfos zu Neurobiologie der Pflanzen:http://ds9.botanik.uni-bonn.de/Infos zu Biosemiotik:http://www.biosemiotics2006.org/Fachbuch über Pflanzen-Neurobiologie:Communication in Plants. (Baluska,Mancuso, Volkmann) Springer-Verlag54 P.M. 10/200710/2007 P.M. 55