Spätestens seitdem der berühmte Biologe Charles Darwin die fleischfressende Venusfliegenfalle als eine der »wunderbarsten« Pflanzen der Welt bezeichnete, rätseln Wissenschaftler darüber, wie sie es schafft, derart schnell ihre Beute gefangen zu nehmen. Pflanzen sind bekanntlich eher träge Zeitgenossen. Doch die Venusfliegenfalle(Dionaea muscipula) schnappt binnen Sekundenbruchteilen zu.

Die Erforschung des dahinterstehenden Mechanismus ist nun einen entscheidenden Schritt weitergekommen: Die Wände der Zellen an der Außenseite der beweglichen Blätter werden in Sekundenschnelle weich, wenn ein Insekt in die Falle krabbelt. Dadurch kann sich das »Maul« verformen und blitzschnell zuschnappen, berichten Yoël Forterre von der Universität Aix-Marseille und seine Kollegen im Fachmagazin »Science«.

»Das ist eine atemberaubende und sehr elegante Studie«, sagt der Biomechaniker Simon Poppinga, Leiter des Botanischen Gartens an der Technischen Universität Darmstadt, der an der Arbeit nicht beteiligt war. Es sei bekannt, dass Pflanzen ihre Zellwände lockern, wenn sie wachsen. Doch dieser Prozess laufe normalerweise viel langsamer ab als das schnelle Zuschlagen der Falle, erklärt Poppinga. Dass Zellen derart rasch weich werden, habe man bisher bei Pflanzen noch nicht beobachtet.

Die Entdeckung könnte helfen, auch andere Vorgänge im Pflanzenreich besser zu verstehen – und womöglich sogar die Entwicklung von flexiblen Robotern voranzubringen, die mittels ähnlicher Mechanismen ihre Aufgaben erfüllen.

Wie wird die Spannung freigesetzt?

Seit Darwins Zeiten wurden der Venusfliegenfalle bereits zahlreiche Geheimnisse entlockt. Studien zeigten etwa, dass ein elektrischer Impuls über das Blatt läuft, wenn Insekten die »Härchen« im Inneren der Blätterfalle reizen. Dieser Impuls löst das Zuschnappen und anschließende Verdauen aus.

Im Jahr 2005 berichtete die Arbeitsgruppe von Yoël Forterre, dass die beiden über ein Scharnier verbundenen Lappen, die das »Maul« der Pflanze bilden, im offenen Zustand nach außen gekrümmt sind. Dabei stehen sie dauerhaft unter Spannung. Das Team stellte fest: Wenn ein Insekt auftaucht, wird diese Spannung plötzlich freigesetzt – die Lappen klappen nach innen um, und die Falle schließt sich in nur einer Zehntelsekunde.

Einundzwanzig Jahre später hat Forterre nun ein weiteres Rätsel gelöst: wie genau nämlich die Spannung in den Blättern der Fliegenfalle freigesetzt wird. Zwei Hypothesen wurden bislang zur Erklärung herangezogen. Der einen zufolge soll Wasser von der Innenseite der Falle zu Epidermiszellen auf der Außenseite wandern. Diese würden daraufhin anschwellen und dadurch das Umschnappen der Blattlappen auslösen. Gemäß der anderen Vermutung würden die starren Wände der äußeren Epidermiszellen plötzlich weicher werden, wodurch sich die Spannung löst.

Dank einer Reihe von Experimenten konnten Forterre und seine Kollegen zeigen, dass die zweite der beiden Hypothesen zutreffen dürfte. In einem Experiment untersuchten sie die Steifigkeit der äußeren Epidermiszellen im Maul der Fliegenfalle. Dabei zeigte sich, dass die Zellen weicher wurden, nachdem die Falle ausgelöst worden war.

Wasser hingegen würde 30 bis 150 Sekunden benötigen, um durch das Blatt zu den äußeren Epidermiszellen zu wandern – das ist viel zu langsam, um für das Zuschnappen verantwortlich zu sein.

Passgenaue Verdauungskammer

Forterre freut sich, den Mechanismus entschlüsselt zu haben. Doch endgültig gelöst sei der Fall damit noch lange nicht. Das Team weiß nach wie vor nicht, was genau die Zellwände der Pflanze weicher macht. Nach Experimenten an mehr als hundert Venusfliegenfallen über viele Jahre hinweg sei das »frustrierend«, sagt Forterre. Doch in Gesprächen mit Pflanzenspezialisten habe er einige Ideen entwickelt.

Pflanzliche Zellwände bestehen aus einer weichen, gelartigen Matrix und einem Geflecht steifer Fasern. Eine Idee lautet: Nachdem ein Insekt aufgetaucht ist, setzt die Venusfliegenfalle einen Cocktail aus Enzymen frei, der die Verbindungen zwischen den Fasern und der Matrix schwächt – und so die Aufweichung verursacht.

Die Studie sei ziemlich überzeugend, sagt Poppinga, und er warte gespannt auf eine weitergehende Erklärung dieses Mechanismus. Seit Darwins Bemerkungen über die Venusfliegenfalle im Jahr 1875 sei schon viel geforscht worden. Doch noch immer gebe es etwas zu lernen. Zum Beispiel: Wie schaffen es die Pflanzen, ihre Lappen so passgenau zusammenzulegen, dass sogar noch bei vergleichsweise großen Beutetieren eine Verdauungskammer entsteht? »Aber genau solche offenen Fragen sind der Grund, warum wir jeden Morgen ins Labor gehen«, sagt Poppinga.