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News: Oben und unten

Wenn Hagelschauer die Sommerblumen im Garten umwerfen oder Stürme ganze Getreidefelder flachlegen, so bedeutet das für die betroffenen Pflanzen noch lange nicht das Ende. Zwar können sie sich nicht einfach komplett wieder aufrichten, aber sie registrieren den Lagewechsel, und an den Knoten verändert sich die Wuchsrichtung so, dass Teile der Pflanze erneut nach oben - der Sonne entgegen - wachsen. Wissenschaftler haben jetzt bei Hafer und Mais Inositol-Triphosphat als die Substanz identifiziert, die den Richtungswechsel einleitet. Dieses Molekül wird von vielen Lebewesen zur Signalübertragung zwischen Zellen genutzt - auch im menschlichen Gehirn finden sich große Mengen des Botenstoffes.
Bisher weiß man erst wenig darüber, wie Pflanzen auf den Mangel an Erdanziehungskraft bei einem längeren Raumflug reagieren. Zwar müssen sie nicht unbedingt senkrecht wachsen, aber alle Pflanzen sind an die irdischen Bedingungen – einschließlich Schwerkraft – angepasst, um Nährstoffe, Wasser und Photosyntheseprodukte zwischen Blättern und Wurzeln zu transportieren. Die Frage, wie sich Pflanzen bei fehlenden Schwerkraftreizen verhalten, beschäftigt Wissenschaftler auf dem diesjährigen Treffen der American Association for the Advancement of Science in San Francisco.

Die verdickten Stellen im Bereich des Knotens oder im unteren Teil des Blattes – der so genannte Pulvinus – bewirkt bei vielen Pflanzen die Wachstumsbewegungen. Wendy Boss und ihre Kollegen von der North Carolina State University untersuchten den Gehalt an Inositol-Triphosphat (InsP3) in den Pulvinuszellen von Hafer und Mais. Sie fanden heraus, dass diese Substanz für Pflanzen notwendig ist, um ihre Ausrichtung zur Schwerkraft "festzustellen". Innerhalb von 15 Sekunden, nachdem die Pflanzen auf die Seite gelegt worden waren, stieg der Gehalt an InsP3 im Pulvinus auf das Fünffache. Außerdem bewegt sich der Gehalt an InsP3 zwischen der oberen und der unteren Hälfte des Pulvinus eine Zeitlang hin und her.

Die Wissenschaftler sind der Ansicht, dass die Pulvinuszellen Signale darüber austauschen, ob die Amyloplasten – große Zellorganellen, die der Stärkespeicherung dienen – durch die Schwerkraft auf den Boden der Zellen gesunken sind. Der Anstieg von InsP3 in den Zellen ermöglicht daher einer Pflanze festzustellen, ob sie umgefallen ist oder einfach nur im Wind schwankt. Bei Hafer werden die Signale für etwa 30 Minuten gegeben, bei Mais dauert der Vorgang zwei bis vier Stunden. Während dieser Zeit steigt der InsP3-Gehalt in den unteren Zellen beständig an. Dann beginnen sich die untersten Zellen zu strecken, die Pflanze richtet sich am Knoten wieder auf und bildet den typischen knieförmigen Knick im Stängel aus.

Die Ergebnisse haben auch Auswirkungen auf die bemannte Raumfahrt. "Wenn Menschen längere Raumflüge unternehmen, dann benötigen sie Pflanzen als Nahrung, zur Wasserreinigung und um Kohlendioxid in Sauerstoff umzuwandeln", erklärt Wendy Boss. "Aber bevor wir ein solches System bauen können, das die Raumfahrer lange Zeit versorgt, müssen wir wissen, wie sich die Schwerkraft auf das Pflanzenwachstum auswirkt."

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