Draußen ist es trüb, die Tage noch kurz. Aber für einige Pflanzen im Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln herrscht Frühling. Sie wachsen in einem Lichtschrank in einer kleinen Halle neben dem Laborgebäude. Hier gedeiht die Ackerschmalwand - Arabidopsis thaliana - bei zwölf Stunden Tag, und zwölf Stunden Nacht, wie Ende März.
Die Pflanzen hier haben praktisch ideale Bedingungen, haben 20 Grad Celsius, es wird sogar die Luftfeuchtigkeit kontrolliert. Es dauert nur acht Wochen, bis der erste Samen gebildet wird. Das ist für eine Pflanze außerordentlich schnell.
Andreas Bachmair weist auf mehrere mit Erde gefüllte Schalen. Darin kleine, unscheinbare Pflanzen. Dicht über dem Boden eine Blattrosette, in der Mitte dünne Stiele mit kleinen weißen Blüten.
Sobald ein paar Blätter gebildet sind, fangen die schon an einen Spross zu bilden, an dem die ersten Blüten sind. Das ist typisch für Arabidopsispflanzen, wenn sie lange Licht haben, und die Bedingungen dem Frühling entsprechen.
Einige Pflanzen blühen nicht. Ihnen fehlt ein bestimmtes Eiweiß namens CONSTANS. Auch im Nachbar-Lichtschrank: Viele Blätter, aber keine Blüten. Denn hier haben die Wissenschaftler die Tageslänge auf acht Stunden Licht eingestellt. Also: kurze Tage.
Den Mechanismus, der der Pflanze sagt, wann sie blühen soll und wann lieber nicht, hat George Coupland mit seiner Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln nun genauer erforscht:
Das zentrale Molekül, das die Blütenbildung in Abhängigkeit vom Licht steuert, ist das Eiweiß CONSTANS. Es kommt im Zellkern von Pflanzenzellen vor. Bei Dunkelheit wird das Eiweiß sehr schnell abgebaut. Aber wenn im Frühling die Tage länger werden, steigt die CONSTANS-Menge gegen Ende des Tages stark an. Im Winter hingegen wird dies verhindert. Durch einen schnellen Abbau in der Nacht.
Der Abbau von CONSTANS wird über Moleküle geregelt, die auf Licht reagieren. Diese inneren Augen in den Pflanzenzellen sind das Cryptochrom, das auf blaues Licht reagiert, und das Phytochrom A, das auf dunkelrotes Licht spezialisiert ist. Coupland:
Diese Eiweiße erkennen irgendwie das Licht und setzen eine Reihe von Reaktionen in Gang. Die sorgen dann dafür, dass CONSTANS stabilisiert wird. CONSTANS reichert sich im Zellkern an und aktiviert einige Gene, die dann die Blütenbildung starten.
Alle Pflanzen messen die Tageslänge mit einem ähnlichen Mechanismus, so dass sie letztlich nicht nur eine innere Uhr, sondern auch einen inneren Kalender besitzen. Aber der entscheidet nicht allein über das Blühdatum. Der zweite Faktor ist die Temperatur. Damit eine Pflanze blüht, muss es warm genug sein. Aber durch milde Temperaturen schon Mitte Februar lassen sich die meisten Pflanzen nicht täuschen. Erst wenn eine bestimmte Tageslänge erreicht ist, sind sie bereit zur Blüte. Mit wie viel Stunden Licht der Frühling beginnt, ist von Region zu Region unterschiedlich. Die Pflanzen sind an ihren jeweiligen Breitengrad angepasst. Aber diese Anpassung ließe sich in Zukunft überwinden. Einfach, in dem man den Schalter CONSTANS verstellt. Andreas Bachmair:
Es gibt tatsächlich Pflanzen, die nördlich eines gewissen Breitengrades nicht mehr wachsen können, weil sie einfach von der Tageslänge nicht mehr zu Blüte kommen. Wenn man das beeinflussen könnte auf gezielte Weise, dann könnte man also Kulturpflanzen machen, die sich auf einem weiteren Gebiet ziehen lassen, und so Ernten liefern können.
Das könnte mit Gentechnik geschehen, aber auch mit konventioneller Züchtung. Am besten funktioniert der innere Blühkalender freilich in der Heimat der Pflanzen- dort, wo sie hingehören. Schließlich ist er in einer ständigen Wechselwerkung mit der Umwelt am natürlichen Standort entstanden.
Die Pflanzen hier haben praktisch ideale Bedingungen, haben 20 Grad Celsius, es wird sogar die Luftfeuchtigkeit kontrolliert. Es dauert nur acht Wochen, bis der erste Samen gebildet wird. Das ist für eine Pflanze außerordentlich schnell.
Andreas Bachmair weist auf mehrere mit Erde gefüllte Schalen. Darin kleine, unscheinbare Pflanzen. Dicht über dem Boden eine Blattrosette, in der Mitte dünne Stiele mit kleinen weißen Blüten.
Sobald ein paar Blätter gebildet sind, fangen die schon an einen Spross zu bilden, an dem die ersten Blüten sind. Das ist typisch für Arabidopsispflanzen, wenn sie lange Licht haben, und die Bedingungen dem Frühling entsprechen.
Einige Pflanzen blühen nicht. Ihnen fehlt ein bestimmtes Eiweiß namens CONSTANS. Auch im Nachbar-Lichtschrank: Viele Blätter, aber keine Blüten. Denn hier haben die Wissenschaftler die Tageslänge auf acht Stunden Licht eingestellt. Also: kurze Tage.
Den Mechanismus, der der Pflanze sagt, wann sie blühen soll und wann lieber nicht, hat George Coupland mit seiner Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln nun genauer erforscht:
Das zentrale Molekül, das die Blütenbildung in Abhängigkeit vom Licht steuert, ist das Eiweiß CONSTANS. Es kommt im Zellkern von Pflanzenzellen vor. Bei Dunkelheit wird das Eiweiß sehr schnell abgebaut. Aber wenn im Frühling die Tage länger werden, steigt die CONSTANS-Menge gegen Ende des Tages stark an. Im Winter hingegen wird dies verhindert. Durch einen schnellen Abbau in der Nacht.
Der Abbau von CONSTANS wird über Moleküle geregelt, die auf Licht reagieren. Diese inneren Augen in den Pflanzenzellen sind das Cryptochrom, das auf blaues Licht reagiert, und das Phytochrom A, das auf dunkelrotes Licht spezialisiert ist. Coupland:
Diese Eiweiße erkennen irgendwie das Licht und setzen eine Reihe von Reaktionen in Gang. Die sorgen dann dafür, dass CONSTANS stabilisiert wird. CONSTANS reichert sich im Zellkern an und aktiviert einige Gene, die dann die Blütenbildung starten.
Alle Pflanzen messen die Tageslänge mit einem ähnlichen Mechanismus, so dass sie letztlich nicht nur eine innere Uhr, sondern auch einen inneren Kalender besitzen. Aber der entscheidet nicht allein über das Blühdatum. Der zweite Faktor ist die Temperatur. Damit eine Pflanze blüht, muss es warm genug sein. Aber durch milde Temperaturen schon Mitte Februar lassen sich die meisten Pflanzen nicht täuschen. Erst wenn eine bestimmte Tageslänge erreicht ist, sind sie bereit zur Blüte. Mit wie viel Stunden Licht der Frühling beginnt, ist von Region zu Region unterschiedlich. Die Pflanzen sind an ihren jeweiligen Breitengrad angepasst. Aber diese Anpassung ließe sich in Zukunft überwinden. Einfach, in dem man den Schalter CONSTANS verstellt. Andreas Bachmair:
Es gibt tatsächlich Pflanzen, die nördlich eines gewissen Breitengrades nicht mehr wachsen können, weil sie einfach von der Tageslänge nicht mehr zu Blüte kommen. Wenn man das beeinflussen könnte auf gezielte Weise, dann könnte man also Kulturpflanzen machen, die sich auf einem weiteren Gebiet ziehen lassen, und so Ernten liefern können.
Das könnte mit Gentechnik geschehen, aber auch mit konventioneller Züchtung. Am besten funktioniert der innere Blühkalender freilich in der Heimat der Pflanzen- dort, wo sie hingehören. Schließlich ist er in einer ständigen Wechselwerkung mit der Umwelt am natürlichen Standort entstanden.