Wood Wide Web: Die verborgene Welt der Pflanzenkommunikation

1. Willkommen im Wood Wide Web
2. Das Wood Wide Web: Das unterirdische Netzwerk der Bäume
3. Chemische Signale: Die Sprache der Pflanzen
4. Wurzelkommunikation: Mehr als nur Nahrungsaufnahme
5. Reaktion auf Bedrohungen: Verteidigungsmechanismen der Pflanzenwelt
6. Fazit und Ausblick

1. Willkommen im Wood Wide Web

Das Wood Wide Web ist eine faszinierende verborgene Welt, in der Bäume und Pflanzen durch ein Netzwerk aus Pilzen miteinander verbunden sind, ähnlich dem Internet, das wir täglich nutzen. Durch diese einzigartige Verbindung profitieren sowohl die Bäume, die den Pilzen Zucker aus der Photosynthese liefern, als auch die Pilze, die im Gegenzug den Bäumen Wasser und Nährstoffe zur Verfügung stellen ^[1]. Diese symbiotische Beziehung trägt nicht nur zum Austausch von Nährstoffen und Wasser bei, sondern ermöglicht auch die Kommunikation zwischen den Bäumen und schützt sie vor Krankheiten und Toxinen ^[1][2]. Trotz der wesentlichen Rolle, die das Wood Wide Web in unserem Ökosystem spielt, gibt es in der Wissenschaft noch Debatten über das Ausmaß dieser Kommunikation und Ressourcenteilung zwischen den Bäumen ^[3][4].

Diese Artikelserie taucht tief in das Wood Wide Web ein, erkundet das komplexe Netzwerk der Mykorrhiza, das den Austausch von Wasser, Nährstoffen und Informationen zwischen Bäumen ermöglicht, und untersucht, wie es Bäumen hilft, miteinander zu kommunizieren, sich während Stressphasen zu unterstützen und ihre Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten und Schädlinge zu erhöhen ^[2]. Zudem werden wir die Herausforderungen und die Kritik untersuchen, die mit dem Konzept des Wood Wide Web verbunden sind, und die Notwendigkeit weiterer Forschung betonen, um die wahre Tragweite der Baumkommunikation und Ressourcenteilung zu verstehen ^[3][4].

2. Das Wood Wide Web: Das unterirdische Netzwerk der Bäume

• Unterirdische Kommunikation durch Pilze und Wurzeln: Das sogenannte „Wood Wide Web“ ist ein Netzwerk aus Pilzen und Wurzeln, das Pflanzen ermöglicht, Nährstoffe zu teilen und Signale aneinander zu senden ^[6]. Dieses weitreichende unterirdische Netzwerk erlaubt Bäumen, miteinander zu kommunizieren und Informationen auszutauschen ^[7].
• Myzel und Mykorrhiza: Im Zentrum dieses Netzwerks steht das Myzel, eine Art Pilz, der eine symbiotische Beziehung mit Baumwurzeln eingeht und so eine Mykorrhiza bildet ^[7]. Diese Beziehung unterstützt den Austausch von Nährstoffen und Wasser zwischen den Bäumen ^[7]. Zusätzlich zu den unterirdischen Signalen, die durch das mykorrhizale Netzwerk gesendet werden, können Bäume auch Signale über der Erde durch flüchtige organische Verbindungen (VOCs) wie Terpene senden ^[7].
• Wahrnehmungs- und Kommunikationsfähigkeiten der Bäume:
  • Die Wurzelspitzen der Bäume verfügen über ein gehirnähnliches Organ, das ihnen hilft, Signale aus der Umgebung wahrzunehmen und zu verarbeiten. Dieses Organ kann physische Faktoren wie Schwerkraft, Licht, Feuchtigkeit, Sauerstoff und Nährstoffe erkennen und diese Informationen an den Rest des Baumes weiterleiten ^[7].
  • Die mykorrhizalen Netzwerke ermöglichen auch die Übertragung von chemischen und elektrischen Signalen. Diese Kommunikation wird durch die Tatsache erleichtert, dass die Wurzelspitzen der Bäume sich gegenseitig erkennen und miteinander kommunizieren können, was eine Form des Selbstbewusstseins demonstriert ^[7].
  • Pflanzen kommunizieren ebenfalls durch ihre Wurzelsysteme, indem sie Hormone und andere Chemikalien verwenden, um mit benachbarten Pflanzen zu interagieren. Dieses Netzwerk der Kommunikation hilft Pflanzen, ihr Wachstum zu koordinieren und sich gegen Bedrohungen zu verteidigen ^[10].

3. Chemische Signale: Die Sprache der Pflanzen

Pflanzen nutzen eine Vielzahl chemischer Signale, um mit ihrer Umgebung und anderen Pflanzen zu kommunizieren. Diese Signale dienen verschiedenen Zwecken, von der Warnung vor Gefahren bis hin zur Anziehung von Bestäubern. Hier eine detaillierte Betrachtung dieser chemischen Sprache:

1. Kommunikation unter der Erde:
   • Wurzelexsudate: Wurzeln senden chemische Signale, sogenannte Wurzelexsudate, aus, um benachbarte Pflanzen über Bedrohungen zu informieren oder den Austausch von Nährstoffen und Wasser zu erleichtern ^[11].
   • Systemische Antwort: Salicylsäure und Jasmonsäure (Jasmonate) dienen als Signale für die systemische Antwort. Diese Signale können auch an benachbarte Pflanzen übertragen werden, wodurch eine systemische Reaktion auch in diesen Pflanzen ausgelöst wird ^[16].
2. Kommunikation über der Erde:
   • Volatile organische Verbindungen (VOCs): Pflanzen kommunizieren durch die Freisetzung von VOCs, um ihren Zustand an die Umgebung zu signalisieren. Der Typ der ausgesandten VOCs kann je nach der Geschichte der Pflanze mit Herbivoren variieren. Pflanzen, die häufig mit Herbivoren zu tun hatten, senden ein allgemeines VOC-Muster aus, das von einer breiteren Palette von Pflanzen verstanden werden kann. Pflanzen, die wenig Kontakt mit Herbivoren hatten, senden ein spezifischeres VOC-Muster aus, das nur von eng verwandten Pflanzen verstanden wird ^[13].
   • Optische und chemische Signale: Pflanzen können auch durch optische und chemische Signale kommunizieren. Optische Signale umfassen physische Merkmale wie Haare auf Stielen oder Farbmuster auf Blättern, die bestimmte Tiere abhalten oder anziehen. Chemische Signale sind normalerweise in Form von Düften oder Gasen, die von der Pflanze freigesetzt werden, um mit ihrer Umgebung zu kommunizieren. Diese Signale dienen zwei Hauptzwecken: Reproduktion und Schutz ^[14].
3. Spezifische Rezeptoren und genetische Modifikationen:
   • Rezeptoren für Gas-Hormone: Pflanzen kommunizieren miteinander durch chemische Signale und verwenden einen spezifischen Rezeptor, um Gas-Hormone wie Ethylen wahrzunehmen. Genetisch modifizierte Pflanzen wurden entwickelt, die einen blockierten Ethylenrezeptor aufweisen, wodurch sie nicht auf das Ethylensignal reagieren und somit eine längere Haltbarkeit für Früchte wie Bananen und Tomaten haben ^[15].
     
     Diese komplexen Kommunikationssysteme unterstreichen die Fähigkeit der Pflanzen, auf ihre Umwelt zu reagieren und sich an sie anzupassen, wodurch sie wichtige Akteure in ihren Ökosystemen sind.

4. Wurzelkommunikation: Mehr als nur Nahrungsaufnahme

Wurzeln von Pflanzen spielen eine entscheidende Rolle in der Kommunikation, indem sie andere Pflanzenwurzeln identifizieren und mit ihnen kommunizieren. Diese Fähigkeit ermöglicht es Pflanzen, Informationen über ihre unmittelbare Umgebung auszutauschen und auf Veränderungen zu reagieren ^[12].

• Akustische Kommunikation:
  1. Pflanzen können akustisch durch Ultraschallgeräusche (20-100 KHz) kommunizieren. Diese Frequenz und Intensität der Geräusche nehmen unter Stressbedingungen zu ^[12].
  2. Eine Studie aus dem Jahr 2023 hat gezeigt, dass Pflanzen akustisch kommunizieren können, indem sie stündlich einen Ton unter normalen Bedingungen und deutlich mehr unter Stress erzeugen ^[12].
  3. Forscher haben entdeckt, dass Pflanzen mit Knackgeräuschen kommunizieren können, die im Frequenzbereich von etwa 220 Hertz liegen. Pflanzen richten ihr Wachstum nach der akustischen Quelle aus, wenn die Schallwellen im Frequenzbereich von 220 Hz liegen ^[17].
• Kommunikation zwischen Blättern und Wurzeln:
  • Das Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) an der Universität Tübingen konzentriert sich auf die Erforschung, wie Blätter während der Symbiose von Pflanzen mit stickstoffbindenden Bakterien mit Wurzeln kommunizieren ^[18].
  • Die Studie entdeckte, dass Blätter eine kurze RNA-Sequenz, miR2111, an die Wurzeln senden, um die Pflanze empfänglich für eine Infektion durch symbiotische Bakterien zu halten, bis ein günstiges Gleichgewicht hergestellt ist ^[18].
    
    Diese Erkenntnisse unterstreichen die Komplexität der Pflanzenkommunikation, die weit über die einfache Nahrungsaufnahme hinausgeht. Die Fähigkeit der Pflanzen, akustisch zu kommunizieren und spezifische Signale zwischen verschiedenen Teilen der Pflanze zu senden, eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis der Interaktionen innerhalb des Ökosystems und die Entwicklung innovativer Ansätze im Pflanzenmanagement und der Waldwirtschaft.

5. Reaktion auf Bedrohungen: Verteidigungsmechanismen der Pflanzenwelt

Pflanzen haben einzigartige Mechanismen entwickelt, um auf Bedrohungen aus ihrer Umgebung zu reagieren. Diese Verteidigungsstrategien können in chemische, mechanische und strukturelle Abwehrmechanismen unterteilt werden:

1. Chemische Abwehr:
   • Pflanzen produzieren sekundäre Pflanzenstoffe wie Ethylen, das den Reifeprozess von Früchten reguliert und benachbarte Früchte beeinflussen kann ^[10].
   • Methylsalicylat wird produziert, wenn Pflanzen mit schädlichen Viren oder Bakterien infiziert sind. Es wirkt als natürlicher Schädlingsbekämpfer und warnt benachbarte Pflanzen vor der Gefahr ^[10].
   • Systemin, ein Peptid in der Nachtschattengewächse-Familie, spielt eine entscheidende Rolle in der pflanzlichen Abwehr gegen herbivore Insekten. Es löst die Produktion von Jasmonsäure aus, die wiederum zur Synthese von Proteaseinhibitoren und Chinolinen führt, welche den Stoffwechsel angreifender Insekten stören ^[19].
2. Mechanische und Strukturelle Abwehr:
   • Dornen und Stacheln: Dienen als physische Barrieren, um herbivore Tiere abzuwehren ^[16].
   • Struktur des Abschlussgewebes: Die Rhizodermis, Epidermis mit Cuticula und Wachsschicht fungieren als Barrieren gegen Eindringlinge. Wunden und Stomata sind bevorzugte Eintrittspunkte für Krankheitserreger. Einige Weizensorten öffnen ihre Stomata später am Tag, sodass die in der Feuchtigkeit der Nacht gekeimten Pilzsporen bereits ausgetrocknet sind, bevor sie eindringen können ^[16].
3. Biochemische Reaktionen:
   • Bei der Erkennung eines Angreifers werden biochemische Reaktionen in Zellen und Geweben ausgelöst, die Substanzen produzieren und verlagern, die für den Krankheitserreger toxisch oder wachstumshemmend sind. Dazu gehören die Bildung von Kallose, programmierten Zelltod (Apoptose) infizierter Zellen, die Bildung von aktivierten Sauerstoffmolekülen, die Bildung toxischer Moleküle des sekundären Metabolismus (Phytoalexine) und die Induktion von PR-Proteinen oder pathogenbezogenen Proteinen wie Chitinase und Glucanase ^[16].

Diese Abwehrmechanismen zeigen, wie Pflanzen auf vielfältige Weise auf Bedrohungen reagieren, von der Produktion spezifischer Chemikalien bis hin zur Entwicklung physischer Barrieren und der Aktivierung ihres Immunsystems.

6. Fazit und Ausblick

Die faszinierende Welt der Pflanzenkommunikation, die wir in diesem Artikel beleuchtet haben, zeigt, wie komplex und hochentwickelt die Interaktionen im Pflanzenreich sind. Vom Austausch chemischer Signale unter der Erde bis hin zur akustischen Kommunikation und zur Reaktion auf Bedrohungen offenbart das Wood Wide Web ein umfangreiches System der Zusammenarbeit und des Überlebens, das essentiell für die Gesundheit und das Wachstum von Pflanzen sowie für das gesamte Ökosystem ist. Die durch Pilze und Wurzeln ermöglichte Symbiose trägt nicht nur zum Austausch von Nährstoffen und Informationen bei, sondern stärkt auch das gemeinsame Abwehrsystem gegen Krankheiten und Schädlinge.

Es bleibt viel zu erforschen über die genauen Mechanismen und die volle Tragweite der Pflanzenkommunikation. Die dargestellten Erkenntnisse und die offenen Fragen weisen auf die Notwendigkeit weiterer Forschung hin, um unser Verständnis dieser bemerkenswerten natürlichen Phänomene zu vertiefen. Die Implikationen für die Forstwirtschaft, den Umweltschutz und die landwirtschaftliche Praxis sind enorm, unterstreichen die Bedeutung des Erhalts der biologischen Vielfalt und fordern uns auf, innovative Wege zu finden, um unsere natürlichen Ressourcen nachhaltig zu bewirtschaften.

Weitere Fragen und Antworten zur Pflanzenkommunikation

Wie funktioniert das sogenannte Wood Wide Web?
Das Wood Wide Web, oft als das Internet des Waldes bezeichnet, basiert auf einem Netzwerk aus feinen Pilzfäden, die durch den Waldboden verlaufen. Diese Fäden stellen eine Verbindung zwischen Bäumen, Sträuchern und den meisten höheren Pflanzen her.

In welcher Weise tauschen Bäume Informationen untereinander aus?
Bäume sind in der Lage, Informationen über ihre Blätter und Wurzelspitzen aufzunehmen, zu verarbeiten und entsprechend zu reagieren. Sie kommunizieren sowohl intern als auch untereinander. Forschungen zeigen, dass Pflanzen über weit mehr Fähigkeiten verfügen, als bisher angenommen wurde.

Warum wird das Mykorrhiza-Netzwerk als „Wood Wide Web“ bezeichnet?
Die Forscherin Suzanne Simard hat das Netzwerk aus Mykorrhizapilzen und Pflanzenwurzeln entdeckt und als Wood Wide Web benannt. Die Myzelien der Mykorrhizapilze verbinden dabei die Wurzelspitzen verschiedener Bäume miteinander und schaffen so ein umfangreiches Kommunikationsnetz.

Wer ist die Entdeckerin des Wood Wide Web?
Dr. Suzanne Simard prägte den Begriff Wood Wide Web im Jahr 1990 und entdeckte das dahinterstehende Phänomen. Es handelt sich um ein komplexes Netzwerk aus Wurzeln und Mykorrhizapilzen, welches die Kommunikation und gegenseitige Unterstützung zwischen Bäumen und anderen Pflanzen ermöglicht.

Weiterführende Links

• https://www.mein-schoener-garten.de/lifestyle/natur-tiere/die-kommunikation-der-pflanzen-33036
• https://www.textatelier.com/index.php?id=996&blognr=2350
• https://animaltalk.com.au/can-plants-really-communicate-with-us/
• Wolf-Dieter Storl – Pflanzendevas (Buch)
• Peter Wohlleben – Das geheime Leben der Bäume: Die Entdeckung einer verborgenen Welt (Buch)

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