MecWorm - der Pflanzenschreck

MecWorm besteht aus einem Computer, einem Schrittmotor und einem kleinen Metallbolzen, der Schläge in genau abgesteckten Bereichen eines Blattes ausführen kann. Bild vergrößern
MecWorm besteht aus einem Computer, einem Schrittmotor und einem kleinen Metallbolzen, der Schläge in genau abgesteckten Bereichen eines Blattes ausführen kann.

Auch wenn es auf den ersten Blick nicht so aussieht: Pflanzen wehren sich gezielt gegen ihre natürlichen Feinde und können sehr gut unterscheiden, ob ihre Blätter nur von einem Hagelkorn getroffen wurden, oder ob eine Raupe versucht, ihnen den Garaus zu machen. Dabei schädigen Hagelkörner eine Pflanze oberflächlich betrachtet ebenso wie Raupen: Sie verwunden die Blätter. Die Pflanze kann jedoch – was schon länger bekannt ist – mechanische und biotische Verwundung unterscheiden. Nur, wie macht sie das?

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben genauer nachgeforscht. Um Insektenfraß an Pflanzen im Labor vorzutäuschen, hatten die Forscher schon einiges versucht: Doch ob die Blätter mit einer Rasierklinge angeritzt oder mit einer Pinzette zerdrückt wurden – die Pflanze reagierte kaum und verbuchte die Verletzungen offenbar als minder gefährlich – kein Grund also, ein energetisch aufwändiges Abwehrprogramm in Gang zu setzen und Duftstoffe zu produzieren. Denn genau das wäre die Reaktion auf Insektenfraß.

Die Jenaer Pflanzenforscher konstruierten daher eigens eine mechanische Raupe, MecWorm genannt. Dieser Roboter, der von den Mechanikern der Physikalischen Institute der Universität Jena mit entworfen und gebaut wurde, hat ein erstaunliches Ergebnis zutage gefördert: Das Gerät löst in Blättern der Limabohne (Phaseolus lunatus) fast dieselbe Abwehrreaktion aus wie seine „natürlichen“ Verwandten. Dazu muss MecWorm aber genauso „kauen“ wie es Raupen tun – kontinuierlich, im Takt und über einen längeren Zeitraum.

Dabei besteht MecWorm eigentlich aus nichts anderem als einem Computer, einem Schrittmotor und einem kleinen Metallbolzen, der Schläge in genau abgesteckten Bereichen eines Blattes ausführen kann. Der wichtigste Bestandteil des Versuchsaufbaus ist eine geschlossene Kammer, in der sich das Blatt befindet. Aus dieser können diejenigen gasförmigen Moleküle, also die Duftstoffe, gefiltert und anschließend gemessen werden, die die Pflanze als Reaktion auf die mechanische Verwundung abgibt.

In einer Reihe von Versuchen stellte sich heraus, dass kurze Bolzenschläge im Abstand von fünf Sekunden über einen Zeitraum von 17 Stunden ausreichen, um genau die Duftstoffabgabe des Blattes hervorzurufen, die auch durch den Fraß von Spinnmilben oder Insektenlarven ausgelöst wird. Die Duftstoffe zeigten lediglich teilweise unterschiedliche Konzentrationen im Vergleich zum natürlichen Fraßbefall. Die Menge bestimmter, vom Blatt emittierter Duftstoffe (z.B. Hexenylacetat und Linalool) war außerdem nicht nur vom Zeitraum, in dem die Bolzenschläge wirkten (3 bzw. 17 Stunden), sondern auch von der Größe des "befallenen" Blattareals (ca. 300 oder 700 mm2) abhängig.

Der Einsatz dieser mechanischen Raupe zeigt: Die Pflanzen können schon an der Art und Weise, wie ihre Blätter verletzt werden, einen Insektenbefall erkennen; ganz ohne Chemie. Die chemischen Signale, die im Speichel der Raupen vorhanden sind, modulieren die pflanzliche Abwehrreaktion zusätzlich und sorgen für ein spezifisches Abwehrmuster.

Max-Planck-Gesellschaft (2005)

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