Sobald eine Raupe an einem Pflanzenblatt knabbert, schlägt die Pflanze Alarm. Das Blatt produziert Duftstoffe und warnt damit die anderen Blätter der Pflanze. Die können dann vorbeugend Abwehrstoffe produzieren. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben dieses pflanzliche Alarmsystem in den letzten Jahren intensiv erforscht. Dabei stießen sie unerwarteter Weise auch auf elektrische Phänomene. Sobald sich eine Raupe des Ägyptischen Baumwollwurms an einem Blatt der Limabohne zu schaffen machte, wanderten elektrisch geladene Teilchen verstärkt durch die Membranen der Pflanzenzellen. Die elektrischen Ladungsunterschiede im Blatt wurden kleiner. Sehr schnell änderte sich, deutlich messbar, die elektrische Spannung an den Blattoberflächen. Wilhelm Boland vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena führte mit seinen Mitarbeitern weitere Messungen durch:
" Das ist eine Spannung, die an jeder lebenden Zelle anliegt. Und dieser Zusammenbruch des Potentials setzt sich langsam aber sicher über das ganze Blatt hinweg mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Zentimeter pro Sekunde fort. Und das ist eines dieser frühen Alarmsignale, die schon in den ersten Sekunden, nachdem das Blatt verletzt worden ist, durch die ganze Pflanze laufen, von einem Ende bis zum anderen."
Zuerst mussten die Forscher klären, ob es sich dabei um eine einfache Folge der Verletzung durch die Raupe handelte. Deshalb machten sie den gleichen Versuch mit einer mechanischen Raupe. Einer Art Blatt-Stanze, die die Forscher in Jena selbst entwickelt haben. Der Effekt blieb aus.
" Wenn man nämlich die Pflanzen einfach mechanisch beschädigt, dann finden wir diese enormen Zusammenbrüche des Potentials über das Blatt hinweg nicht. Wenn man aber ein fressendes Insekt am Blatt hat, dann kann man feststellen, dass das normale zelluläre Potential fast auf die Hälfte heruntergesetzt wird, und dass das durch das ganze Blatt hindurch wandert."
Damit stand fest: Erst der Raupenspeichel löst die elektrische Reaktion aus. Die Idee lag also nahe, dass die Spannungsänderung ein elektrisches Warnsignal der Pflanze ist. Es warnt noch nicht befallene Pflanzenzellen vor der nahenden Raupe. Die Zellen können dann vorbeugend Abwehrstoffe produzieren: Zum Beispiel Substanzen, die die Raupe nicht verdauen kann. Das wäre dann fast so etwas wie ein pflanzliches Nervensystem und Immunsystem in einen. Aber ganz so einfach ist es nicht, warnt Wilhelm Boland:
" Man darf hier nur von Signalübertragung reden, wir haben natürlich nicht die Analogie zum tierischen Nervensystem, weil es das Nervensystem in der Pflanze einfach nicht gibt. Es gibt einfach eine andere Methode, mit der man Potentiale im Blatt von A nach B leiten kann. Im Effekt erreicht es unter Umständen das gleiche, was das Nervensystem tut, aber von Nervenreizleitung darf man hier nicht sprechen."
Um die Theorie vom Signalsystem zu bestätigen, testeten die Forscher die Produktion einiger Abwehrsubstanzen in den Pflanzenblättern. Zu ihrer Überraschung stellten sie fest: Die Abwehr wird nach dem Zusammenbruch der elektrischen Spannung nicht verstärkt. Im Gegenteil: Sie wird so gar schwächer, wenn die Raupe frisst und die Oberflächenspannung sinkt.
Eine mögliche Erklärung: Es handelt sich um einen Trick der Raupe. Sie verschafft sich einen Vorteil, indem sie die Pflanze elektrisch durcheinander bringt.
" Es muss also chemische Komponenten in diesem Speichel geben, mit dem das Insekt dieses Blattpotential beeinflussen kann."
Die Wechselwirkungen zwischen Raupen und Pflanzen geben also nach wie vor Rätsel auf.
" Das ist eine Spannung, die an jeder lebenden Zelle anliegt. Und dieser Zusammenbruch des Potentials setzt sich langsam aber sicher über das ganze Blatt hinweg mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Zentimeter pro Sekunde fort. Und das ist eines dieser frühen Alarmsignale, die schon in den ersten Sekunden, nachdem das Blatt verletzt worden ist, durch die ganze Pflanze laufen, von einem Ende bis zum anderen."
Zuerst mussten die Forscher klären, ob es sich dabei um eine einfache Folge der Verletzung durch die Raupe handelte. Deshalb machten sie den gleichen Versuch mit einer mechanischen Raupe. Einer Art Blatt-Stanze, die die Forscher in Jena selbst entwickelt haben. Der Effekt blieb aus.
" Wenn man nämlich die Pflanzen einfach mechanisch beschädigt, dann finden wir diese enormen Zusammenbrüche des Potentials über das Blatt hinweg nicht. Wenn man aber ein fressendes Insekt am Blatt hat, dann kann man feststellen, dass das normale zelluläre Potential fast auf die Hälfte heruntergesetzt wird, und dass das durch das ganze Blatt hindurch wandert."
Damit stand fest: Erst der Raupenspeichel löst die elektrische Reaktion aus. Die Idee lag also nahe, dass die Spannungsänderung ein elektrisches Warnsignal der Pflanze ist. Es warnt noch nicht befallene Pflanzenzellen vor der nahenden Raupe. Die Zellen können dann vorbeugend Abwehrstoffe produzieren: Zum Beispiel Substanzen, die die Raupe nicht verdauen kann. Das wäre dann fast so etwas wie ein pflanzliches Nervensystem und Immunsystem in einen. Aber ganz so einfach ist es nicht, warnt Wilhelm Boland:
" Man darf hier nur von Signalübertragung reden, wir haben natürlich nicht die Analogie zum tierischen Nervensystem, weil es das Nervensystem in der Pflanze einfach nicht gibt. Es gibt einfach eine andere Methode, mit der man Potentiale im Blatt von A nach B leiten kann. Im Effekt erreicht es unter Umständen das gleiche, was das Nervensystem tut, aber von Nervenreizleitung darf man hier nicht sprechen."
Um die Theorie vom Signalsystem zu bestätigen, testeten die Forscher die Produktion einiger Abwehrsubstanzen in den Pflanzenblättern. Zu ihrer Überraschung stellten sie fest: Die Abwehr wird nach dem Zusammenbruch der elektrischen Spannung nicht verstärkt. Im Gegenteil: Sie wird so gar schwächer, wenn die Raupe frisst und die Oberflächenspannung sinkt.
Eine mögliche Erklärung: Es handelt sich um einen Trick der Raupe. Sie verschafft sich einen Vorteil, indem sie die Pflanze elektrisch durcheinander bringt.
" Es muss also chemische Komponenten in diesem Speichel geben, mit dem das Insekt dieses Blattpotential beeinflussen kann."
Die Wechselwirkungen zwischen Raupen und Pflanzen geben also nach wie vor Rätsel auf.