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Umwelt+Natur

Super sensible Pflanzenmäuler

Sinneshaare (rechts) in den „Fangeisen“ der Venusfliegenfalle verwandeln die Berührung durch ein Insekt in einen elektrischen Impuls.(Bild: Sönke Scherzer)

Eine Pflanze, wie nicht von dieser Welt: Die berühmte Venusfliegenfalle hat neue Einblicke in den Mechanismus ihrer bizarren „Fangeisen“ gewährt. Die Sensibilität der Auslöser-Sinneshaare hängt demnach von der Größe der jeweiligen Falle ab. So verhindert die Pflanze, dass ihre „wartungsintensiven“ großen Fallen auch bei eher mageren Beutetieren zuschnappen. Mit kleineren Fallen lässt sie sich aber auch Mücke und Co nicht entgehen: Diese Mäulchen sind extra für Leichtgewichte scharfgestellt, zeigen die Untersuchungen.

Pflanzen recken in der Regel ihre Blätter friedlich ins Licht und begnügen sich mit dem Nährstoffangebot des Bodens. Doch für etwa 600 Pflanzenarten gilt das nicht: Die sogenannten Carnivoren verschaffen sich Zusatznahrung durch die Jagd auf Insekten. Dadurch haben sie Wachstumsvorteile an nährstoffarmen Standorten wie etwa in Sumpfgebieten. Um sich die lebendigen Düngetabletten einzuverleiben, haben die rabiaten Gewächse unterschiedliche Strategien entwickelt: Einige stellen Fallgruben auf, andere kleben und die berühmteste aller Carnivoren schnappt: Die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) hat ihre Blattspitzen zu fangeisenartigen Fallen umgewandelt, die in einem Bruchteil einer Sekunde zuschnappen können.

Krabbelt ein Insekt auf der Suche nach Nektar in eine der Fallen, kommt es mit Sinneshaaren in Berührung, die auf jeder Fallenhälfte sitzen. Dieser Kontakt löst den Klappmechanismus der Venusfliegenfalle aus: Sie schnappt zu, schließt die Beute ein und beginnt sie anschließend durch Verdauungssäfte aufzulösen, um die Nährstoffe aufzunehmen. Mit der Erforschung dieses faszinierenden Mechanismus beschäftigt sich bereits seit einiger Zeit ein Team um den Biophysiker und Pflanzenforscher Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg.

Die grüne Fallenstellerin im Forscherblick

Über das spannende System ist bereits einiges bekannt: „Wenn ein Insekt gegen ein Sinneshaar stößt, gibt dieses im Bereich einer Einkerbung nach. Dadurch werden dort befindliche Sinneszellen auf der einen Seite gedehnt und auf der anderen eingedrückt“, erklärt Hedrich. In einem nächsten Schritt wandeln Berührungssensoren dann die mechanische Energie in elektrische um. So wird ein Aktionspotential ausgelöst, das die Falle aktiviert. Kommt es innerhalb kurzer Zeit zu einer zweiten Berührung, wiederholt sich dieser Prozess – erst dann schnappt der Mechanismus zu.

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Soweit bekannt. Doch wie weit muss ein Insekt das Sinneshaar verbiegen? Wie groß und schwer muss es sein, damit es von der Venusfliegenfalle wahrgenommen wird? Diesen Fragen sind die Würzburger Wissenschaftler nun in Kooperation mit der University of Cambridge nachgegangen. Die Forscher beobachteten dazu Ameisen mit Hochgeschwindigkeitskameras, wie sie in Fallen tappten und dabei die Sinneshärchen berührten. Um den für das Auslösen nötigen Biegewinkel und die Kraft genauer zu bestimmen, haben die Wissenschaftler die Ameisen auch gegen computergesteuerte Mikromanipulatoren mit speziellen Kraftaufnehmern eingetauscht. Mit ihnen veränderten sie schrittweise den Abknickwinkel.

Verschiedene Fallen für unterschiedliche Beutegrößen

„Zu unserer Überraschung zeichneten unsere Spannungsdetektoren schon bei einer Auslenkung um 2,9 Grad ein Aktionspotential auf“, berichtet der Erstautor der Studie Sönke Scherzer. Was die dafür nötige Kraft betrifft, erklären er und seine Kollegen: Insekten erzeugen beim Laufen eine Kraft, die in etwa ihrem Körpergewicht entspricht. Eine recht dicke Fliege mit einem Gewicht von zehn Milligramm schafft demnach 100 Mikro-Newton. Wie die Forscher zeigen konnten, löst eine solche Kraft die Sinneshaare von großen Fallen aus.

Landet allerdings ein Leichtgewicht wie beispielsweise eine Mücke von drei Milligramm in einer solchen großen Falle, verbiegen sich die Sinneshaare nicht. Vor dem Hintergrund des Energieaufwands für das Öffnen der Fallen macht dies Sinn, erklären die Forscher: „Wenn selbst nährstoffarme Beutetiere den Verschluss großer Fallen auslösen könnten, fiele die Kosten-Nutzen-Bilanz negativ aus und die Venusfliegenfalle würde im Extremfall langsam verhungern“, so Hedrich.

Weil aber auch kleine Insekten eine wichtige Nahrungsquelle darstellen können, bringt die Venusfliegenfalle neben großen auch kleinere Fallen hervor, die sich kostengünstiger warten lassen. Wie die Forscher zeigen konnten, reagieren die Sinneshaare in diesen kleinen Mäulern auch auf den Druck eines winzigen Mücken-Beinchens. Warum nicht auch die großen Fallen derart scharf gestellt sind, bringt Hedrich abschließend erneut auf den Punkt: „Die fallengrößenabhängige Berührungsempfindlichkeit der Sinneshaare ist für die Wirtschaftlichkeit der Fallen wichtig“, resümiert der Pflanzenforscher.

Quelle: Universität Würzburg, Nature Plants, doi: 10.1038/s41477-019-0465-1

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