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Umwelt+Natur

Wenn Pflanzen niesen

Springende Tropfen
Verschmelzende, mit Pilzsporen besetzte Tautropfen katapultieren sich vom Blatt in die Höhe. (Bild: Nath et al)

Pflanzen gelten landläufig als passiv und wenig beweglich. Doch auch sie können erstaunlich dynamische Prozesse auslösen – beispielsweise auf ihren Blättern. Forscher haben entdeckt, dass winzige Tautröpfchen von den wasserabweisenden Blättern des Weizens förmlich in die Luft katapultiert werden können – ohne Zutun von Wind oder Regen. Das Problem jedoch: Ist die Weizenpflanze von einem Schadpilz befallen, werden mit diesen winzigen Tröpfchen auch Pilzsporen weggeschleudert. Dadurch können benachbarte Pflanzen leichter befallen werden. Dieses „Tau-Katapult“ ist damit ein bisher unerkannter Verbreitungsweg für Pilzkrankheiten bei Getreide, aber auch anderen Pflanzen mit wasserabweisenden Blättern, wie die Forscher erklären.

Wenn es um den Transport von Pollen, Samen oder anderen kleinen Pflanzenteilen geht, sind oft Wind und Regen mit im Spiel. Sie sorgen dafür, dass die kleinen Partikel zu Nachbarpflanzen oder einem neuen Lebensraum verbreitet werden. Aber auf die gleiche Weise können sich auch schwerwiegende Pflanzenkrankheiten ausbreiten. Vor allem Pilzsporen, die nur lose auf den Blättern der befallenen Wirtspflanzen sitzen, werden so von Pflanze zu Pflanze weitergetragen oder mit dem Regen mitgespült. Im Kampf gegen diese Pathogene müssen Bauern daher die Wetterbedingungen immer mit berücksichtigen.

Katapult-Effekt bei verschmelzenden Tropfen

Doch es gibt einen „Transporteur“ für Pilzsporen und andere Erreger, der bisher übersehen wurde, wie nun Saurabh Nath von der Virginia Tech in Blacksburg und seine Kollegen am Beispiel des Weizens herausgefunden haben. „Eine der verheerendsten Krankheiten des Weizens ist der vom Pilz Puccinia triticina verursachte Blattrost“, erklären sie. Die kleinen, bräunlichen Sporen dieses Pilzes bilden einen Überzug auf den Weizenblättern und können sich schnell in einem Feld ausbreiten – und das sogar ohne Zutun von Wind und Regen, wie die Forscher im Experiment beobachteten. „Weizenblätter sind dafür bekannt, dass sie eine superhydrophobe Oberfläche besitzen“, erklären die Forscher. Die Blattoberfläche ist dank einer Nanostruktur wasserabweisend, so dass Regen abperlt und selbst Tau winzige, runde Tropfen bildet, statt die Blattfläche komplett zu benetzen.

An diesem Punkt kommt ein physikalischer Mechanismus ins Spiel, der schon zuvor auf wasserabweisenden Oberfläche beobachtet worden ist: Wenn sich auf diesem Untergrund zwei Mikrotropfen treffen und miteinander verschmelzen, wird überschüssige Energie frei, die den Tropfen vom Blatt weg in die Höhe katapultieren kann. Diese sogenannte Springende-Tropfen-Kondensation tritt unter anderem auf Lotusblättern, den Beinen von Geckos und Wasserläufern und auch den Flügeln von Zikaden auf, wie Nath und sein Team berichten. Sie haben nun untersucht, ob nicht auch die wasserabweisenden Weizenblätter solche springenden Tropfen erzeugen können. Für ihr Experiment hielten sie Weizenpflanzen in einer Klimakammer, in der sie die morgendliche Taubildung simulierten. Mit einer Hochgeschwindigkeits-Kamera und einem Spezialmikroskop beobachteten die Forscher dann, was mit den Tautropfen auf gesunden und mit dem Rostpilz befallenen Weizenblättern geschah.

Ansteckendes „Niesen“

Die Aufnahmen enthüllten, dass die Tautropfen wie erwartet von der Blattoberfläche abperlten und kleine runde Tröpfchen bildeten. Waren Pollen auf dem Blatt vorhanden, sammelten sich diese auf der Oberfläche dieser winzigen Tröpfchen. Wenn sich nun zwei solcher Tröpfchen trafen, kam es tatsächlich zum Phänomen der springenden Tropfen, wie die Wissenschaftler beobachteten. „Die Pilzsporen beeinflussen die Hydrodynamik dieser sich selbst wegkatapultierenden Tropfen dabei nicht“, so Nath und sein Team. Selbst mit ihrer Sporenfracht sprangen die Tropfen bis zu fünf Millimeter in die Höhe und mehr als zwei Millimeter weit zur Seite. „Das spricht dafür, dass die meisten Tropfen unabhängig von den Windbedingungen über die Blattkante hinausgeschleudert werden“, sagen die Forscher. „Das erleichtert den anschließenden Weitertransport zu benachbarten Pflanzen durch den Wind oder die Schwerkraft.“

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Für die betroffene Weizenpflanze kann dieser Katapult-Effekt der Tropfenschmelzung Vorteile haben, denn er entfernt zumindest einige der Pilzsporen von ihren Blättern. Für ihre Nachbarn allerdings bergen die springenden Tropfen eine akute Ansteckungsgefahr. Nach Ansicht der Wissenschaftler müssen solche „springenden Tropfen“ daher bei Pflanzen mit wasserabweisenden Blättern künftig als ein weiterer Schlüsselmechanismus für die Verbreitung von Pflanzenpathogenen angesehen werden. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Morgentau pflanzen dazu bringen kann, Erreger zu ’niesen‘ und so ihre Nachbarn anzustecken“, konstatieren Nath und seine Kollegen.

Quelle: Saurabh Nath (Virgnia Tech, Blacksburg) et al., Journal of the Royal Society Interface, doi: 10.1098/rsif.2019.0243

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