Diese parasitäre Rebe hilft Pflanzen bei der Kommunikation

Pflanzen kommunizieren leise um uns herum. Einige senden beispielsweise chemische Signale auf dem Luftweg aus, und viele verlassen sich auf ein unterirdisches Internet, das von Bodenpilzen aufgebaut wird.

Und einige, so eine neue Studie, können parasitäre Reben als Kommunikationskabel verwenden. Die Parasiten können schädlich sein, aber sie verbinden auch mehrere Pflanzen zu einem Netzwerk, und diese "brückenverbundenen Wirte" scheinen durch Kommunikation über die Reben Kapital zu schlagen.

Die Parasiten in dieser Studie sind Dodder-Reben, auch bekannt als Cuscuta, eine Gattung von etwa 200 Arten in der Familie der Winde. Sie sehen zunächst nicht nach viel aus und ragen zunächst als dünne Ranke ohne Wurzeln oder Blätter aus dem Boden. Ihr Wachstum hängt davon ab, einen Wirt zu finden, indem sie Gerüche aus nahe gelegenen Pflanzen herausschnüffeln. (Sie können sogar Duft verwenden, um ihre Lieblingswirte aufzuspüren, wie Tomaten anstelle von Weizen.)

"Es ist wirklich erstaunlich zu sehen, wie sich diese Pflanze fast tierisch verhält", sagte der Biokommunikationsforscher Consuelo M. De Moraes 2006 gegenüber NPR.

Sobald es einen geeigneten Wirt gefunden hat, wickelt sich ein Dodder um den Stiel und fügt fangartige "Haustoria" in das Gefäßsystem der Pflanze ein. Mit wenig oder keinem eigenen Chlorophyll muss ein Dodder wie ein Vampir Nährstoffe von seinem Wirt trinken. Auf diese Weise wächst die winzige Ranke zu einem weitläufigen Gewirr von Weinreben (siehe Abbildung unten), das ihr bedrohliche Spitznamen wie Teufelsdärme, Würgekraut, Höllenschnabel und Hexenhaare eingebracht hat.

Weinintervention

Cuscuta pentagona, eine nordamerikanische Dodder-Art, hängt an Bäumen in Illinois. (Foto: Quang Nguyen Vinh / Shutterstock)

Ein Dodder kann in vielen Wirten mit seinen Reißzähnen enden und Cluster verbundener Pflanzen bilden, die mehrere Arten umfassen können. Wie Ed Yong im Atlantik berichtet, kann eine einzelne Dodder-Rebe Dutzende von Wirten miteinander verbinden. "In unserem Labor konnten wir mindestens 100 Sojabohnenpflanzen mit einem Dodder-Sämling verbinden", sagt der Co-Autor der Studie, Jianqiang Wu, Botanikprofessor an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, gegenüber Yong.

Es ist bekannt, dass die Parasiten ihren Wirten Wasser, Nährstoffe, Metaboliten und mRNA entziehen, und ihre Brücken "erleichtern sogar die Virusbewegung von Wirt zu Wirt", so die Autoren der Studie. Wie sie in den Proceedings der National Academy of Sciences berichten, scheinen diese Brücken aber auch die Kommunikationsfähigkeiten der Gastgeber zu verbessern.

Und sie ermöglichen nicht nur Geschwätz im Leerlauf: Ein Dodder-Netzwerk von "Bridge-Connected-Hosts", wie die Forscher sie nennen, kann wertvolle gemeinnützige Dienste leisten, z. B. sich gegenseitig vor einem Angriff von blattfressenden Raupen warnen.

Brücken bauen

Dodder-Reben sind weit verbreitet, aber ihre Vielfalt ist in warmen, feuchten Klimazonen am höchsten. (Foto: Julia Pivovarova / Shutterstock)

Viele Pflanzen sind in der Lage, pflanzenfressenden Insekten zu widerstehen, indem sie verschiedene Methoden anwenden, um ihre Nachbarn zu warnen und sich zu verteidigen. Sie können defensive Toxine produzieren, zum Beispiel verschiedene Pflanzenteile sammeln, um eine systemische Reaktion zu koordinieren.

"Insektenfresser aktivieren nicht nur die Abwehrkräfte am Ort der Fütterung", schreiben die Forscher, "sondern induzieren auch unbekannte mobile Signale, die durch Gefäße" zu anderen Teilen des beschädigten Blattes sowie zu unbeschädigten Blättern und Wurzeln gelangen.

Da Pflanzen diese Signale über ihre Gefäßsysteme senden, fragten sich die Forscher, ob eine Dodder-Rebe sie versehentlich unter ihren Wirten teilen kann, wodurch ein weiterer Kommunikationskanal entsteht. Um dies herauszufinden, platzierten sie zwei Sojabohnenpflanzen nebeneinander und ließen beide vom australischen Dodder (Cuscuta australis) parasitieren, der bald eine Brücke zwischen den beiden Wirten bildete.

Larven und Krieg

Die Studie verwendete Spodoptera litura-Larven, auch bekannt als Cluster-Raupen oder Baumwollblattwürmer. (Foto: Traktion / Shutterstock)

Als nächstes befielen sie eine der Sojabohnenpflanzen mit Raupen, während sie ihren Partner frei von Schädlingen hielten. Die zweite Pflanze hatte keine Bisse erlitten, doch als die Forscher ihre Blätter untersuchten, stellten sie fest, dass sie Hunderte von Genen reguliert hatte - von denen viele für Anti-Insekten-Proteine ​​kodieren, die häufig bei Angriffen verwendet werden.

Als die Forscher Raupen die zweite Sojabohne angreifen ließen, zeigte sie "durchweg eine erhöhte Resistenz gegen Insekten", schreiben sie, was darauf hindeutet, dass sich die vorbeugende Abwehr auszahlt. Aber was hat diese Verteidigung ausgelöst? Um zu sehen, ob sein Mitwirt wirklich eine Warnung über eine parasitäre Rebe gesendet hatte, führten sie ähnliche Experimente ohne die Dodder-Brücke durch - und fanden keine Insektenschutzproteine ​​oder erhöhte Resistenz im zweiten Wirt. Sie testeten auch auf Signale in der Luft zwischen zwei nicht verbundenen Sojabohnenpflanzen und fanden keine Warnung wie die zwischen mit einer Brücke verbundenen Wirten.

Dodder-Reben können nicht mit Hochgeschwindigkeits-Datenkabeln mithalten, aber sie übertragen die Signale ihrer Hosts in nur 30 Minuten, berichten die Forscher. Die Reben können die Signale auch über große Entfernungen (mindestens 10 Meter) und sogar zwischen Wirten verschiedener Arten wie Brunnenkresse und Tabak übertragen.

Nehmen Sie Ihren Dodder mit zur Arbeit

Dünne Stränge von Chaparral Dodder wachsen auf der Vegetation in Costa Mesa, Kalifornien. (Foto: Emilie Chen / Flickr)

Da Raupen für eine Sojabohnenpflanze eine Katastrophe bedeuten könnten, scheint diese Art von Alarm ein ziemlich großer Vorteil zu sein. Dodder-Reben sind jedoch immer noch Parasiten, ein Begriff für Organismen, die sich auf Kosten ihrer Wirte ernähren. Laut den Autoren der Studie schadet ein Dodder seinen Opfern wahrscheinlich mehr als es ihnen hilft.

Parasiten haben jedoch auch einen Anreiz, ihre Wirte am Leben und lebensfähig zu halten, da sie auf sie angewiesen sind, um langfristige Unterstützung zu erhalten. Und selbst wenn die Nettoauswirkungen negativ sind, stellen die Autoren fest, dass einige Parasiten Vorteile bieten, die über die Nichttötung ihrer Wirte hinausgehen. Es wurde gezeigt, dass Spulwürmer beispielsweise die Fruchtbarkeit des Menschen erhöhen, während andere Würmer die Autoimmunität und Allergien bei menschlichen Wirten verringern können.

Von einem Dodder eingepackt zu werden, kostet definitiv einen Tribut, aber die Reben "könnten die ressourcenbasierten Fitnesskosten senken, indem sie ihren Gastgebern informationsbasierte Vorteile bieten", schreiben die Forscher. Und der Parasit könnte auch davon profitieren, "da besser verteidigte und vorbereitete Wirte Cuscuta angesichts eines sich schnell zerstreuenden Pflanzenfressers mit mehr Nährstoffen versorgen könnten als nicht verteidigte oder naive Wirte."

Dennoch, so fügen sie hinzu, sind Dodder Vines Generalisten, die auf eine Vielzahl von Pflanzen abzielen können, und ihre Netzwerkdienste sind wahrscheinlich ein Zufall und keine gemeinsam entwickelte Reaktion. Weitere Forschung ist erforderlich, um diese Beziehung wirklich zu verstehen, sagen die Forscher, einschließlich der genauen Verteilung der Signale der Wirte, der Kompensation der Kosten eines Dodder und der Frage, ob diese Vorteile "ökologisch bedeutsam" sind.

In der Zwischenzeit kann eine solche Forschung veranschaulichen, wie die Ökosysteme um uns herum - einschließlich scheinbar passiver Pflanzen - komplexer sind, als sie scheinen.

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