Rätsel gelöst Warum verletzte Pflanzen schneller wachsen

Eine Verletzung ist nicht immer ein Nachteil: Manche Pflanzen schießen erst richtig in die Höhe, wenn sie von Tieren angefressen wurden. Jetzt haben Forscher das Rätsel des Wachstumsschubs offenbar gelöst.

Ackerschmalwand mit abgeschnittener Mittelsprosse: Wachstum dank Verletzung
L. Brian Stauffer / dapd

Ackerschmalwand mit abgeschnittener Mittelsprosse: Wachstum dank Verletzung


Auf manche Pflanzen wirken Verletzungen durch grasende Vierbeiner wie ein Jungbrunnen: Werden sie angefressen, wächst ihr Rest oft größer, schneller und fruchtbarer nach als zuvor. Das Geheimnis dieser scheinbar wundersamen Erholung glauben US-Forscher jetzt aufgeklärt zu haben. Die Pflanzen vervielfältigen demnach die Chromosomen in ihren Zellen, nachdem sie verletzt wurden. Dadurch können sie vermutlich mehr von den dringend für Wachstum und Vermehrung benötigten Proteinen produzieren.

Die unscheinbare Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) beginnt beispielsweise mit nur zehn Chromosomen pro Zelle. Nach einigen Kopierschritten aber drängen sich in einigen Zelltypen bis zu 320 Erbgutcontainer. Dieser als Endoreplikation bezeichnete Prozess war bereits bekannt - nicht aber sein Zusammenhang mit dem Wachstumsschub nach Verletzungen. "Wir haben versucht, beides zu verknüpfen, und fanden heraus, dass es tatsächlich eine Verbindung gibt", sagt der Biologe Daniel Scholes von der University of Illinois.

Normalerweise verdoppeln sich vor jeder Teilung einer Körperzelle die Chromosomen im Zellkern. Bei der Trennung in zwei Tochterzellen erhalten dann beide jeweils eine Kopie des kompletten Erbguts. Bei der Endoreplikation ist dieser Ablauf verkürzt: Die Chromosomen werden zwar kopiert, aber die Teilung entfällt - die Zelle besitzt danach den doppelten Satz. Wiederholt sich dieser Prozess, steigt auch die Zahl der Chromosomenkopien immer weiter.

Bekannt ist eine solche Endoreplikation unter anderem von Fadenwürmern, aus den Samen von Gräsern und der Plazenta von Nagetieren. Der biologische Nutzen dieses Phänomens war bisher jedoch kaum erforscht. Der Versuch von Page und seinen Kollegen hat nun zumindest für die Ackerschmalwand einen klaren Vorteil gezeigt.

Wachstumsschub nach Verletzung

Die Forscher verglichen die Reaktionen von zwei verschiedenen Ackerschmalwand-Varianten auf Verletzungen. Eine von beiden vervielfältigte ihre Chromosomen in bestimmten Zelltypen und wuchs hinterher besser und schneller. Die andere Sorte tat dies nicht und blieb im Wachstum zurück, schreiben Scholes und seine Kollegen in ihrem Fachbeitrag, der im Magazin "Ecology" erscheinen soll.

Im Experiment kamen je 160 Exemplare von zwei Arabidopsis-thaliana-Sorten zum Einsatz. Bei der Hälfte aller Pflanzen schnitten die Wissenschaftler den mittleren Spross ab, um eine Beweidung zu simulieren. Die verletzten Pflanzen der Sorte "Columbia" begannen unmittelbar darauf, wieder auszuschlagen und bildeten zahlreiche neue Blätter und Triebe. Sie produzierten auch deutlich mehr Samen als die unbeschnittenen Pflanzen. Die Sorte "Landsberg erecta" zeigte dagegen keinen solchen Wachstumsschub.

Der Blick auf die Anzahl der Chromosomen in den Zellen der Pflanzengewebe enthüllte nach Angaben der Forscher ebenfalls Unterschiede: Das Gewebe der "Columbia"-Pflanzen enthielt zahlreiche Zellen mit vervielfältigten Chromosomen, die der zweiten Sorte dagegen nicht.

Der Mensch neige dazu, seine Gene als unveränderlich zu begreifen, sagte Scholes. Aber der Versuch mit dem Feldgewächs zeige, dass sich die Erbgut-Ausstattung verändern lasse. "Aber Pflanzen vermehren, was sie haben. Und zum ersten Mal beginnen wir zu verstehen, wie sie dies tun und warum."

mbe/dapd



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