Herbstliche Eiche
© Richard Zinken
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Die gelbe und rote Färbung der Blätter entsteht, wenn im Herbst das Chlorophyll in den Chloroplasten abgebaut wird und so andere Farbpigmente in den Blättern zum Vorschein kommen. Martin Schaefer von der Universität Freiburg ist davon überzeugt, dass diese Blattfarbstoffe einen Baum vor zu viel Sonne schützen. Zu diesem Schluss kamen er und sein Kollege David Wilkinson von der Liverpool John Moores University, nachdem sie pflanzenphysiologische Daten aus mehreren Jahren ausgewertet hatten.

Pflanzen haben mehrere Blattfarbstoffe. Der wichtigste ist das grüne Chlorophyll, welches das Licht für die Fotosynthese einfängt. Die gelbe Farbe der Blätter wird durch Karotinoide, die rote Farbe durch Anthocyane hervorgerufen – beides Farbpigmente, die nicht nur im Herbstlaub vorkommen, sondern unter anderem Möhren und Kürbissen oder auch Brombeeren und Rotwein ihre typische Farbe verleihen. "Die in den Blättern vorkommenden Anthocyane werden im Herbst neu gebildet. Deswegen wurde lange Zeit angenommen, dass sie nur ein Nebenprodukt des Blattsterbens sind und somit keine biologische Funktion haben", erklärt Schaefer.

Diese Annahme war wohl falsch. Denn die roten Farbpigmente haben nicht nur eine, sondern gleich mehrere Funktionen. Unter anderem dienen sie als eine Art UV-Filter, ähnlich denen in Sonnenschutzcremes, stellten die Forscher fest. Eine Eigenschaft, die für Bäume besonders im Herbst wertvoll ist: "In den herbstlichen Morgenstunden ist ein Baum Licht- und Kältestress ausgesetzt. Diese Kombination hemmt die Fotosynthese", sagt Schaefer. Das Sonnenlicht wird nicht wie üblich in Energie umgewandelt, sondern führt zur Bildung aggressiver freier Radikale, die das Blattgewebe zerstören. "Anthocyane wirken wie ein Schutzschild. Zum einen vor zu viel Licht und zum anderen vor freien Radikalen", erklärt der Biologe weiter. Die Wirkung der Karotinoide sei ähnlich, nur nicht auf den Herbst beschränkt.

Nach Schaefer und Wilkinson schützen farbige Blätter demnach das Blattgewebe und führen damit zu einem dicken Energieplus. Denn bei einer Vegetationsdauer von April bis September liefern drei zusätzliche Wochen Fotosynthese noch einmal etwa zehn Prozent mehr Energie für den Baum. "Im Gegensatz zur weit verbreiteten Meinung hört die Fotosynthese nämlich nicht auf, wenn sich die Blätter färben," so Schaefer. Bunte Blätter lohnen sich also.

Marco Archetti von der Universität Fribourg in der Schweiz ist ein Anhänger der so genannten Signal-Hypothese. Diese wurde erstmals von William Hamilton, einem der bedeutendsten Evolutionsbiologen des letzten Jahrhunderts, formuliert. Nach dieser Theorie schützen bunte Blätter einen Baum vor bestimmten Insekten. Blattläuse beispielweise können einen Baum beträchtlich schädigen: Aus den im Herbst abgelegten Eiern schlüpfen hungrige Insektenlarven, die sich über die frisch ausgetriebenen Blätter hermachen. Um sich zu wehren, können Bäume giftige Abwehrstoffe in ihre Blätter einlagern.

Der Signal-Theorie zufolge färben sich die Blätter eines Baums umso intensiver, je gesünder und wehrhafter dieser ist. Die Sechsbeiner, die gut und schlecht verteidigte Bäume anhand der Farbintensität erkennen können, ziehen schwächere Bäume vor, um ihrem Nachwuchs einen besseren Lebensstart zu ermöglichen.

Archetti hat die Vorhersagen der Theorie überprüft, indem er das Verhalten von Blattläuse im Herbst beobachtete. Tatsächlich zeigen Blattläuse eine klare Vorliebe für grüne Blätter. Die gelben und roten Exemplare hingegen vermeiden sie – ein klarer Beweis für die Richtigkeit der Signal-Hypothese? Zumindest was die Attraktivität der Farbe Gelb angeht, könnte Archetti falsch gelegen haben. Thomas Döring vom Londoner Imperial College hat die Farbvorlieben von Blattläusen ausführlich untersucht. Haben die Insekten die Wahl zwischen verschiedenfarbigen Flächen, landen sie am liebsten bei Gelb. Rot dagegen meiden sie. Wenn die Blätter Anthocyane produzieren, dann tun sie das möglicherweise vor allem, um die verräterischen Karotinoide zu überpinseln und damit die Zahl der Schädlinge klein zu halten. Dabei haben viele Kerbtiere – wie Blattläuse – gar keinen Fotorezeptor für rote Töne in ihrem Facettenauge. Dass sie trotzdem Anthocyane meiden, hat offenbar mit dem Verhältnis der aufgenommenen Photonen auf dem grünen Fotorezeptor zu jenen auf dem blauen zu tun: es ist bei grünem Laubwerk größer als beim roten, und das weist den Schmarotzern den Weg.

Die Ergebnisse von Schaefers Untersuchungen lassen auch eine weitere Erklärung zu. Der Biologe konnte einen Zusammenhang zwischen der Anthocyankonzentration und der Konzentration bestimmter Abwehrstoffe nachweisen: je mehr rote Farbstoffe in den Blättern, desto mehr giftige Substanzen. Da die Abwehrstoffe farblos sind, zeigt die rote Farbe automatisch die Abwehrstärke einer Pflanze an. "Pflanzen können sich nicht bewegen, das heißt, sie müssen sich schnell und effizient gegen Fressfeinde und abiotische Stressfaktoren schützen können", sagt Schaefer. Eine Möglichkeit sei die Nutzung eines biochemischen Synthesewegs für verschiedene Substanzen. So gehen Anthocyane und die untersuchten Abwehrstoffe auf die gleichen chemischen Vorstufen zurück. Eine sinnvolle Verteidigungsstrategie, da ein Baum sich im Herbst sowohl gegen Licht als auch gegen Schädlinge schützen muss. "Es ist möglich, dass manche Insektenarten gelernt haben, farbige Blätter zu vermeiden", sagt Schaefer, "aber nicht, weil ein Baum sie als Warnsignal einsetzt."