Evolution und der Zauber der Wirklichkeit 11

Frühstücksrunde am Sonntagvormittag

Am Sonntag, den 16. Juni 2019 um 10:00 Uhr im Naturfreundehaus Mörfelden-Walldorf, Seminarraum 1. Etage

Die Intelligenz der Pflanzen

Das Gefäßsystem der Pflanzen

Bei der Informationsweiterleitung von einem Körperteil zum nächsten arbeiten Pflanzen nicht nur mit elektrischen, sondern auch mit hydraulischen und chemischen Signalen. Sie besitzen also drei voneinander unabhängige und mitunter komplementäre Systeme, die für kurze und lange Distanzen geeignet sind. So erreichen sie Pflanzenteile, die nur wenige Millimeter oder auch mehrere Meter entfernt sind. Schauen wir uns an, wie diese Systeme funktionieren.

Das erste System beruht auf elektrischen Signalen. Es kommt überaus häufig zum Einsatz und unterscheidet sich nicht wesentlich von dem der Tiere oder des Menschen, wenngleich es freilich für Pflanzen „personalisiert“ wurde. Denn wie wir gesehen haben, besitzen Pflanzen keine Nerven, verfügen also nicht über das spezielle Gewebe, das bei Tieren zur Weiterleitung von Nervenimpulsen dient. Auf den ersten Blick scheint das ein echtes Problem. Wie sollen Pflanzen elektrische Signale losschicken, wenn ihnen das spezielle Gewebe zur Übertragung fehlt? Die Pflanzen haben sich etwas einfallen lassen. Auf kurzen Strecken nutzen sie Öffnungen in der Zellwand, sogenannte Plasmodesmen und leiten die Signale über diese Plasmabrücken von einer Zelle zur nächsten weiter. Auf längeren Strecken, beispielsweise von den Wurzeln zu den Blättern, setzen sie auf ihr „Gefäßsystem“.

Wie das? Pflanzen haben kein Herz, aber Gefäße? Genau. Pflanzen besitzen, wie Tiere, ein hydraulisches System, über das sie verschiedene Stoffe transportieren; es funktioniert ähnlich wie unser Gefäßsystem, nur dass es über keine zentrale Pumpe verfügt. Pflanzen haben kein Herz, weil ihre Körperfunktionen ja nicht in speziellen Organen angesiedelt sind. Doch durch eine Art Kreislaufsystem – sozusagen Arterien und Venen – befördern sie Flüssigkeiten von unten nach oben und umgekehrt. Das Gewebe heißt „Xylem“, wenn es Stoffe aufwärts, und „Phloem“, wenn es Stoffe abwärts transportiert.

Über das Xylem werden vorrangig Wasser und Mineralsalze von den Wurzeln zur Baumkrone weitergeleitet, über das Phloem wird der durch Photosynthese gebildete Zucker von den Blättern zu Früchten und Wurzeln befördert.

Die Bedeutung des internen Kreislaufs wird sofort klar, wenn man sich zwei Aspekte vor Augen führt: Die Pflanze muss, erstens, einen kontinuierlichen Wassernachschub gewährleisten, weil das Wasser, das die Wurzeln aufnehmen, über die Blätter wieder verdunstet, und sie muss, zweitens, fortlaufend den durch Photosynthese produzierten Zucker – und damit ihre wichtigste Energiequelle – vom Produktionsort, den Blättern, zu anderen Pflanzenteilen transportieren. Auch elektrische Signale fliesen übrigens bequem und relativ zügig durch das komplexe Gefäßsystem. Im Gegensatz zu den eher langsamen chemischen Botenstoffen leiten sie wichtige Informationen, wie etwa über Wasserverhältnisse im Boden, postwendend weiter.

Ist Wasser knapp? Oder reichlich vorhanden? Nur wenn die Blätter rechtzeitig informiert werden, können sie sich darauf einstellen.

Die Stomata

Bevor wir zu einem konkreten Beispiel kommen, müssen wir noch einen Blick auf die sogenannten Stomata werfen. Die winzigen Spaltöffnungen meist an der Unterseite der Blätter ermöglichen, ähnlich wie unsere Hautporen, die Kommunikation mit der Außenwelt. Gebildet werden sie durch zwei „Schließzellen“, die sich, je nach herrschenden Wasser- und Lichtverhältnissen, schließen und öffnen.

Die Aufgabe der Stomata ist, anders als es vielleicht scheint, hochkomplex, denn sie stehen vor der gewaltigen Herausforderung, höchst widerstreitende Bedürfnisse der Pflanzen gegeneinander abzuwägen. Einerseits sollen die Stomata, zumindest während der Sonnenstunden, möglichst lange geöffnet bleiben, sodass das zur Photosynthese benötigte Kohlendioxid hereinströmen kann; andererseits verdunsten auf diese Weise aber große Mengen wertvolles Wasser.

Pflanzen stehen hier vor einem echten Dilemma: Sollen sie die Stomata nun öffnen und durch Fotosynthese den lebensnotwendigen Zucker produzieren, auch wenn sie dabei viel Wasser verlieren, oder lieber die Wasservorräte schonen und auf die Fotosynthese verzichten? Das Problem scheint eigentlich kaum lösbar. Die Wissenschaft versucht, den Lösungsweg der Pflanzen mit Konzepten wie „kollektive Dynamik“ oder „emergente verteilte Berechnung“ zu beschreiben – was im Zusammenhang mit Pflanzen zugegebenermaßen ein wenig seltsam klingt.

Doch wie immer Pflanzen zu einer Lösung gelangen, eins steht fest: Sie müssen einen Kompromiss zwischen den beiden lebensnotwendigen Bedürfnissen finden, Zucker zu produzieren und ihre Wasservorräte zu schonen. Nehmen wir ein Beispiel. Kräftiger Sonnenschein ist für die Fotosynthese genauso wichtig wie für unsere Solaranlagen. Doch während Solaranlagen problemlos mehr Energie produzieren, je stärker die Sonne scheint, müssen Pflanzen Rücksicht auf ihre Wasservorräte nehmen. Sie schließen daher ihre Spaltöffnungen in den Mittagsstunden, wenn die Sonne am intensivsten am Himmel strahlt – obgleich sie sich damit großer Fotosynthesechancen berauben. Doch nur so können sie sich vor dem Austrocknen schützen.

Wenn die Wurzeln einer Eiche oder eines riesigen Mammutbaums beispielsweise bemerken, dass es im Boden kein Wasser mehr gibt, müssen sie diese Information dringend an die Blätter weiterleiten. Bleiben die Stomata nämlich geöffnet, würde weiterhin Wasser verdunsten und der Baum liefe Gefahr, sehr schnell einzugehen. Es ist für den Baum also lebenswichtig, dass die Blätter zügig über das schwerwiegende Problem unterrichtet werden.

Um die Nachricht schnellstmöglich weiterzuleiten, fordert die Pflanze die Blätter zunächst über elektrische Signale auf, die Spaltöffnungen zu schließen. Gleichzeitig schickt sie aber über das Gefäßsystem auch die langsameren chemisch-hormonellen Signale los. Diese können zwar bei einem hohen Baum schon einmal mehrere Tage unterwegs sein, gewährleisten jedoch eine umfassendere Information der Blätter.

Achtung, wir verlieren Wasser!

Das hydraulische System der Pflanzen erweist sich auch zur Übermittlung anderer Nachrichten als äußerst nützlich. Wir sprechen hier, wohlgemerkt, noch immer vom pflanzlichen Organismus als geschlossenes System. Wer auf einem Spaziergang schon einmal einen Zweig, ein Blatt oder eine Blüte abgerissen hat, dem ist vermutlich aufgefallen, dass an der verletzten Stelle Saft austritt. Entreißt man einer Pflanze nämlich Gewebe, reagiert sie auf die Verletzung mit einer Störung des hydraulischen Systems und signalisiert dem Organismus damit: Achtung, wir verlieren Wasser! Die dadurch alarmierte Pflanze spürt die Verletzung auf und heilt sie, indem sie Narben bildet.

Die drei inneren Signalsysteme arbeiten also komplementär. Um den pflanzlichen Organismus am Leben und im Gleichgewicht zu halten, transportieren sie verschiedene Informationen über kurze und lange Distanzen. Offenkundig ähneln uns Pflanzen auch unter diesen Gesichtspunkt durchaus.

Doch aller Ähnlichkeiten zum Trotz weisen pflanzliche Kommunikationswege entschieden andere Strukturen auf als tierische. Während Tiere alle Signale über ein zentrales Gehirn verarbeiten, besitzen die modular und repetitiv aufgebauten Pflanzen zahlreiche „Datenverarbeitungszentren“, die unterschiedlichen Signale verwalten.

Menschen können keine Botschaften vom Fuß an die Hand oder den Mund senden. Von wenigen Ausnahmen abgesehen, müssen alle Signale zunächst im Gehirn verarbeitet werden. Pflanzen hingegen übermitteln nicht nur Nachrichten von der Baumkrone an die Wurzeln und umgekehrt, sondern auch von einer Wurzel zur nächsten oder von einem Blatt ans andere. Sie besitzen eine verteilte Intelligenz. Weil Pflanzen nicht nur über ein einziges Dateninformationszentrum verfügen, müssen pflanzliche Informationen nicht stets in denselben Bahnen verlaufen, sondern können effizient und postwendend dorthin übertragen werden, wo man sie braucht.

Originalausgabe: Stefano Mancuso, Alessandra Viola: Giunti Editore S. p. A., Florenz-Mailand 2013. Titel: Verde brillante. Sensibilità e intelligenza del mondo vegetale

Deutsche Ausgabe: Stefano Mancuso, Alessandra Viola: Die Intelligenz der Pflanzen: Verlag Antje Kunstmann GmbH, München 2015. ISBN 978-3-95614-030-3 – S. 85 bis 90.

Einblicke in die Thematik vermitteln und die Diskussionsreihe leiten wird Ernst Knöß[1]. Die weiteren Termine werden rechtzeitig bekannt gegeben. Eingeladen sind alle Menschen guten Willens, die einen anregenden Sonntagmorgen genießen wollen.

Auskünfte zum Thema und zur Veranstaltung erteilt: Ernst Knöß, Schubertstraße 9, 64546 Mörfelden-Walldorf. Tel.: 06105-26578, E-mail: ernst.knoess@googlemail.com; Besuchen Sie auch unsere Webseite: www.naturfreunde-moerfelden-walldorf.de  


[1] Ernst Knöß (Diplomvolkswirt) geb. 1950 studierte Gesellschaftswissenschaften in Berlin (Schwerpunkt Philosophie). Volkswirtschaftslehre in Frankfurt am Main. Außerdem Studien in Kernchemie (TU-Darmstadt) und der Rechtswissenschaften in Frankfurt am Main.