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Wehrhaftes Grünzeug


natur - epaper ⋅ Ausgabe 7/2019 vom 21.06.2019

Mit einem raffinierten Cocktail aus Chemie- und Biowaffen verderben Bäume, Sträucher und Kräuter Pflanzenfressern den Appetit auf ihr saftiges Blattwerk. Manche rufen sogar mit Duftsignalen die Feinde ihrer Feinde herbei


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Bildquelle: natur, Ausgabe 7/2019

Die riesigen Dornen der Akazie stören diese Giraffe nicht sonderlich beim Fressen. Doch jeder Biss in das frische Grün bringt die chemische Verteidigung des Baumes in Gang: Nach kurzer Zeit schmecken alle Blätter bitter


Eine Wiese im Sonnenschein: Was so friedlich aussieht, ist Schauplatz eines raffinierten Über - lebenskampfes. Mit Bitterstoffen, Giften und Düften halten sich Löwenzahn, ...

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... Kräuter und Co. viele Fressfeinde vom Leib


Grün leuchtet der Waldrand in der Sonne. Den Büschen entsprießt saftig-frisches Laub, in einer Wiese vor den ersten Bäumen recken sich Schafgarbe, Spitzwegerich und Löwenzahn dem Licht entgegen, über dem Duft von Moos, Erde und feuchten Steinen schwebt das Aroma junger Waldmeister - stauden. Auf den ersten Blick eine Idylle. Doch der Schein trügt. Unsichtbar und lautlos tobt hier ein Kampf. Mit radikalen Chemie- und Biowaffen wehren sich die Pflanzen gegen ein Heer von Pflanzenfressern. Weil aber vor allem Insekten es immer wieder schaffen, das Giftarsenal in Blättern und Halmen zu entschärfen, entwickeln diese ständig neue Abwehrstrategien – es ist ein ewiges Aufrüsten.


»Die Welt ist immer noch grün, obwohl die Pflanzen nicht weglaufen können«
Stephan Clemens, Professor für Pflanzenphysiologie


Ein Experte für alle Spielarten der „grünen Selbstverteidigung“ ist Stephan Clemens, Professor für Pflanzenphysiologie an der Universität Bayreuth. Wobei grün durchaus nicht als sanft missverstanden werden darf. Die Chemiecocktails, mit denen die Pflanzen aufwarten, zerstören das Nervensystem ihrer Angreifer, lähmen ihre Atmung, verhindern, dass sie sich fortpflanzen können. Mit Erfolg, sagt Clemens, denn: „Die Welt ist ja immer noch grün – obwohl es auf ihr vor Pflanzenfressern wimmelt und obwohl die Pflanzen nicht weglaufen können.“ Seit Jahren erforscht er die vielfältigen Abwehrmethoden im Reich der Botanik – und staunt doch immer wieder über neue Entdeckungen aus diesem evolutionären Krieg von Rüstung und Gegenrüstung.

Der begann vor 135 Millionen Jahren, zu Beginn der Kreidezeit. Die Welt war damals noch von gewaltigen Dinosauriern geprägt, doch quasi unter ihren Füßen entwickelten sich die ersten zarten Blütenpflanzen. 70 Millionen Jahre später waren die Saurier verschwunden. Soweit man heute weiß, überlebten sie die globale Umweltkatastrophe nicht, die der Einschlag eines Meteoriten im heutigen Golf von Mexiko auslöste. Der Siegeszug der Blütenpflanzen aber ging weiter. Sie setzten sich überall auf dem Globus durch, bis heute in einer ungeheuren Arten fülle. Die Schattenseite des Erfolgs: Für einen großen Teil der Tierwelt stellen sie seitdem eine Art nachwachsende Salatbar dar. Viele Säugetiere sind reine Pflanzenfresser, auch etwa die Hälfte aller Insektenarten nagt, knabbert und kaut am liebsten zartes Blattwerk. Die Pflanzen lassen sich das in gewissem Umfang gefallen, denn im Gegenzug helfen ihnen die Tiere bei der Fortpflanzung, indem sie die Blüten bestäuben und ihre Samen verbreiten. Doch um nicht komplett abgefressen zu werden, haben die Pflanzen vielfältige Methoden zur Selbstverteidigung entwickelt. „Ihre Strategien lassen sich in drei Klassen einteilen“, sagt der Botaniker Andreas Schaller von der Universität Hohenheim. „In morphologische, biologische und chemische Abwehrmaßnahmen.“ Die Abteilung Morphologie, der äußere Bau der Pflanzen, stellt sozusagen die erste Verteidigungslinie dar: Dornen und Stacheln, Brennhaare und Wachsschichten sollen Blätter und Halme vor hungrigen Mäulern schützen. Viele Gräser lagern zudem Kieselsäure ein. Deswegen sind ihre Halme zuweilen hart und scharf wie Rasierklingen.

Doch von solchen Fraßbarrieren allein lassen sich nicht alle Pflanzenfresser abschrecken. Um größere Schäden am Blattwerk zu verhindern, aktivieren die angegriffenen Pflanzen daher sofort nach den ersten Bissen ihre zweite Verteidigungslinie. Sie setzen chemische Signalstoffe frei, die drei Funktionen haben können: Sie regen die Produktion von Bitterstoffen im eigenen Laub an, warnen Artgenossen in der Umgebung und können sogar Feinde ihrer Feinde anlocken.

In der afrikanischen Savanne zum Beispiel hindern nadelspitze Dornen an den Ästen der Schirmakazie die gelenkigen Zungen der Giraffen nicht daran, die zartesten Blätter aus den Baumkronen zu pflücken. Doch der Giraffenspeichel regt an den Fraßstellen die Produktion des Pflanzenhormons Ethen an. Dieser gasförmige Duftstoff breitet sich aus und bewirkt, dass die Akazie überall in ihrem Laubwerk bittere Gerbstoffe erzeugt, die Tannine. Was viele Menschen an teuren Rotweinen schätzen, schlägt den Pflanzenfressern buchstäblich auf den Magen, denn die Tannine stören ihre Verdauung. Die Abwehrstoffe werden so schnell gebildet, dass die Blätter eines angefressenen Baumes nach nur 15 Minuten der Giraffe schon nicht mehr schmecken.

Die Larve der Kiefernbuschhornblattwespe ist äußert gefräßig. Um ihrer Herr zu werden, lockt die Kiefer parasitische Wespen an


Gleichzeitig alarmiert das ausströmende Ethen benachbarte Akazien. Bis zu einer Entfernung von 50 Metern beginnen weitere Bäume, in ihren Blättern Tannine zu produzieren und sich für die hungrigen Giraffen ungenießbar zu machen. Das klappt allerdings nur bei denen, die in Windrichtung stehen. Das wissen auch die Tiere: Sie fressen immer nur kurz an einem Baum und gehen dann – gegen den Wind – zur nächsten Akazie weiter.

Chemiker ordnen das freigesetzte Ethen in die Klasse der flüchtigen organischen Verbindungen ein. Andere Moleküle dieser Art setzen nicht nur die Produktion von Abwehrstoffen in Gang, sie locken auch natürliche Feinde schädlicher Insekten an. Neben dem Ethen sind das oft Verbindungen aus der Klasse der Terpene. Viele davon riechen für menschliche Nasen angenehm harzig, holzig oder blumig. Sollten Sie beim nächsten Sonntagsspaziergang also wieder einmal genüsslich den typischen Waldgeruch einatmen, riechen Sie eigentlich den Hilferuf der Bäume.

Die Verbündeten der Kiefer

Kiefern etwa wehren sich durch das Verströmen von Terpenen gegen die Kiefernbuschhornblattwespe. Die heißt so wegen der buschigen Fühler der Männchen. Die Larven dieses gefürchteten Forstschädlings können einen Baum völlig kahlfressen. Der Duftcocktail aus den Poren der Nadeln lockt aber winzige parasitische Wespen an, die ihre eigenen Eier in die Eier des Schädlings legen. Die Larven der Parasiten töten dann die Larven der Kiefernnadelfresser, noch ehe diese schlüpfen können. Auf ähnliche Weise locken Kohlpflanzen Raubinsekten an, die frisch gelegte Schmetterlingseier auf ihren Blättern wegfressen, ehe die Raupen Schäden anrichten. Tabakpflanzen rufen Wanzen zu Hilfe, die sich über die Raupen des Tabakschwärmers hermachen. Mutualismus, so nennen Biologen diese Wechselbeziehung, aus der zwei Partner – in diesem Fall Wanzen und Pflanzen – einen Nutzen ziehen, zum Nachteil der Raupen.

Manche Pflanzen nehmen auch Schwermetalle wie Kadmium, Zink oder Blei aus dem Boden auf und lagern sie ein, um Fraßfeinden zu schaden. Diese „elemental defense“, also die Verteidigung mit giftigen Elementen, ist die noch am wenigsten erforschte Abwehrstrategie. Die größte Vielfalt an Maßnahmen findet sich dagegen in der Kategorie Chemiewaffen. So gut wie alle Pflanzen erzeugen sie – entweder vorbeugend (konstitutive Abwehr) oder erst dann, wenn sie bereits angenagt werden (induzierte Abwehr). Dabei unterscheiden viele Bäume, Sträucher und Kräuter sogar, ob nur ein Windstoß oder ein Spaziergänger ein Blatt abgerissen oder verletzt hat, oder ob sie tatsächlich angefressen werden. Erst der Kontakt mit dem Speichel des Angreifers löst nämlich die Produktion von Abwehrstoffen aus. Bei einer rein technischen Verletzung unterbleibt sie – die Pflanze vergeudet so nicht unnötig wertvolle Energie.

Giraffen haben sich an die chemischen Waffen der Akazie angepasst: Sie fressen an jedem Baum nur kurz und wandern gegen die Windrichtung. So gehen sie den Bitterstoffen, die der Baum produziert, aus dem Weg


Bei Gartenbesitzern ist die Engelstrompete für ihre Blüten bekannt, bei Junkies mehr für das Halluzinogen in den Blättern


Knabbert dann doch ein hungriges Insekt an den Blättern, dauert es oft nur wenige Minuten, bis die Pflanze ihre Schutzmechanismen aktiviert hat. Der Speichel regt die Bildung des Hormons Jasmonsäure an. Dieses aktiviert einerseits die Synthese giftiger Alkaloide, aber auch von Stoffen, die das Verdauungssystem der Angreifer lähmen. Jasmonsäure steigert zudem bei vielen Pflanzen die Produktion von Nektar auch außerhalb ihrer Blüten. Sie schwitzen dann quasi leckeren Zuckersaft aus Blättern und Stängeln. Mit diesem Trick locken unter anderem Holunder, Baumwolle, Balsabaum, Cashewnuss und Kirschbäume Raubinsekten oder Parasiten ihrer Fraßfeinde an – und halten sie so in Schach. Indem diese Pflanzen erst auf einen Angriff hin mit der Verteidigung beginnen, nehmen sie zwar in Kauf, ein paar Blätter zu verlieren, ehe ihre Abwehr wirksam wird. Aber solange sie unbehelligt bleiben, haben sie dadurch einen Wachstumsvorteil.

Schützen, heilen und benebeln

Zu den Alkaloiden zählt auch ein großer Teil der von Pflanzen vorbeugend gebildeten Abwehrstoffe – Stoffe, die der Mensch wegen ihrer Wirkungen teils fürchtet, teils sehr schätzt. Sei es als Medikament oder Rauschmittel. Bekannte Beispiele sind Morphine, Nikotin oder Koffein sowie Solanin und Pyrethrine, die Inhaltsstoffe des Pflanzenextrakts Pyrethrum. Schon im Altertum setzten römische und chinesische Bauern ein pyrethrinhaltiges Pulver aus den getrockneten Chrysanthemenblüten der Gattung Tanacetum gegen Schadinsekten ein. Auch im mittelalterlichen Persien, dem heutigen Iran, war die Methode bekannt. Heute noch wird in Indien und Pakistan, aber auch in den USA und einigen afrikanischen Ländern die Dalmatinische Insektenblume (Tanacetum cinerarifolium ) auf großen Flächen zur Gewinnung von Pyrethrin angebaut. Sie ähnelt mit ihrem gelb-weißen Blütenkopf einer Margarite. Der aus ihr gewonnene Extrakt ist für Insekten ein hochwirksames Kontaktgift, das die Nerven lähmt. Allerdings tötet es wahllos alle Insekten, auch die Nützlinge. Weil es zudem sehr giftig für Fische ist, soll Pyrethrum nicht in der Nähe von Gewässern versprüht werden. Säugetieren wie Menschen schadet es dagegen nicht.

Das tut aber ein anderes Alkaloid, das Pflanzen zur Abwehr von Fraßfeinden erzeugen: das Solanin. Wir kennen es aus den Warnungen, grüne Tomaten oder unreife Kartoffeln zu essen, beides Nachtschattengewächse aus der Familie der Solanaceen. Solanin schützt gegen Mottenschildläuse wie die Weiße Fliege und lässt die Eier und Raupen des Kohlweißlings absterben, weshalb der Schmetterling diese Pflanzen meidet. Das Alkaloid zerstört in den Zellen der Tiere die Mitochondrien, die Energielieferanten fast aller Lebewesen. Die meisten Nachtschattengewächse – zu denen auch die Tollkirsche gehört – sind ohnehin reine Giftbomben: Viele haben das tödliche Nervengift Nikotin im Arsenal, andere das Halluzinationen auslösende Scopolamin. Dieser Abwehrstoff steckt etwa in den Blättern der Engelstrompete, die mit ihren auffälligen Blüten zahlreiche Vorgärten ziert. Wagemutige Experimente mit diesem Kraut waren vor einigen Jahren bei Jugendlichen in Mode. Tatsächlich brachte die Engelstrompete viele an die Schwelle zum Himmel – und einige sogar darüber hinaus.

Eine zweite große Gruppe von Stoffen zur chemischen Verteidigung, die Pflanzen vorbeugend bereithalten, stammt aus der Klasse der Glycoside. Dazu gehören viele scharf und bitter schmeckende Senföle. Auffällig ist in dieser Stoffgruppe eine Schwefel-Zucker-Verbindung. Man findet sie zum Beispiel in Lauch, Zwiebel, Meerrettich und Knoblauchrauke – reizvoll für menschliche Feinschmecker, anregend für Liebende. Schon im Mittelalter hieß es: „Lauch, mit Zucker gegessen, macht unkeusch und stärkt den Wünschelstab.“

Der Große Kohlweißling legt seine Eier an der Unterseite von Kohlblättern ab (r.). Kaum geschlüpft, fangen die Larven an zu fressen. Die Kohlpflanze lockt daraufhin Raubinsekten an, die die Eier vernichten


Um sich vor gefräßigen Raupen zu schützen, lockt die Tabakpflanze Wanzen an, die die Raupen des Tabakschwärmers fressen (o.) Über Drüsenhaare (l.u.) kann die Pflanze verschiedene Stoffe ausscheiden

Giftlager für den Fall der Fälle

Stickstoff statt Schwefel charakterisiert die chemische Struktur sogenannter cyanogener Glycoside in Gräsern, Rosen und Schmetterlingsblütlern wie Goldregen, Klee und Wicke. Nichtgiftige Vorstufen dieser Stoffe speichern Pflanzen im Inneren ihrer Zellen in Vakuolen – flüssigkeitsgefüllten Bläschen. Fressen Insekten oder Säugetiere die Blätter an, werden die Vakuolen verletzt, ihr Inhalt tritt aus. Er ergießt sich in das Zellinnere und kommt in Kontakt mit Enzymen, die die bis dahin ungiftigen Verbindungen umwandeln. Zum Beispiel in hochgiftige Blausäure. Deutlich harmloser ist das duftende Cumarin in den Blättern des Waldmeisters. Seine Wirkung verdirbt trotzdem den meisten Insekten den Appetit. Auch Stechmücken mögen den Geruch überhaupt nicht. Menschen, die sich mit Wildkräutern auskennen, nutzen deshalb den Waldmeister an lauen Frühlingsabenden gern doppelt: Sie umstellen mit ein paar Büscheln ihre Terrasse und würzen hinter diesem schützenden Duftvorhang ihre Bowle mit einigen Waldmeisterblättchen.

Für die Pflanzen selbst ist die Strategie, in ihren Zellen immer giftige Alkaloide und Glycoside für den Fall einer Fraßattacke bereitzuhalten, zwar wirksam, aber teuer: Vorratshaltung und Speicherung kosten Energie und Nährstoffe. Die Verteidigungsmaßnahmen gehen also zu Lasten von Wachstum und der Bildung von Früchten und Samen. Wildpflanzen suchen deswegen immer nach der Balance zwischen Wachstum und Abwehr. Auf Ertrag hochgezüchtete Nutzpflanzen können aber weniger in die Verteidigung investieren. Und das ist auch der Grund, warum Insekten, Pilze und Bakterien trotz dieses vielfältigen Verteidigungsarsenals ein Viertel der Ernte aller Nutzpflanzen vertilgen und vernichten können. „Der Mensch hat viele Arten ihrer wirkungsvollsten Waffen beraubt“, sagt der Botaniker Andreas Schaller. Die Pflanzen, die heute auf unseren Feldern und Plantagen wachsen, tragen reichere Frucht, sind aber anfälliger gegen Schädlinge und Krankheitserreger. Ein Ziel moderner Agrarwissenschaft ist es deshalb, die züchterisch entwaffneten Nutzpflanzen nachträglich wieder aufzurüsten und so viele Pestizide unnötig zu machen. Schließlich ist der Erfolg der natur eigenen Verteidigung bei jedem Spaziergang offensichtlich. Kräuter und Bäume können ihren Feinden nicht davonlaufen. Aber unsere Welt bleibt trotzdem grün.

Jürgen Nakott
Im Grünen fühlt sich der Biologe am wohlsten – und bedient sich für Tees und Salate gern im viel - fältigen Angebot pflanz licher Aroma- und Bitterstoffe.


Foto: Inaki Relanzon / naturepl.com

Foto: Getty Images / iStockphoto, Sven Doering / Agentur Focus, dpa Picture-Alliance / Zentralbild / Andreas Lander, F1online

Foto: Kim Taylor / naturepl.com (2), Simon Colmer / naturepl.com, Danny Kessler / Max-Planck-Gesellschaft, Oliver Meckes & Nicole Ottawa / eye of science / Agentur Focus (2), privat