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News: Zusatz-Zeitgeber

Es endet fatal, wenn Pflanzen das Zeitgefühl durcheinander gerät und sie Vorfrühling mit Frühsommer verwechseln. Offenbar verlassen sie sich daher nicht auf einen einzigen Jahreszeitgeber.
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Die eigene innere Uhr zu überhören, ist auf Dauer ungesund – das gilt für Mensch, Tier und Pflanze gleichermaßen. Menschen beugen sich diesem Diktat allerdings nur ungern und sind erfindungsreich genug, die Nacht zum Arbeitstag oder die Weihnachtsferien zum Strandurlaub in Australien machen zu können.

Pflanzen allerdings sind den Launen der Jahreszeiten ohne Rückzugsmöglichkeiten ausgeliefert und müssen dringend ihre Aktivitäten an die jahreszeitlichen Gegebenheiten angleichen können. Woran sie in unseren Breiten ihrer innere Uhr justieren können, scheint auf der Hand zu liegen: an Tageslänge und Temperatur. Beides sind mitunter aber trügerische Reize, denn auch in Monaten mit bereits langen Tagen und kurzen Nächten kann noch ein frostiger Winterrückfall drohen. Und natürlich garantiert eine Reihe warmer Tage im Februar noch nicht den störungsfreien Beginn des Sommers. Daher kann es für Pflanzen den Tod bedeuten, sich auf nur einen der Reize zu verlassen.

Um sicherzugehen, sollte sie daher ihren jahreszeitlichen Rhythmus am besten an beiden Umweltreizen zugleich justieren, meint Robertson McClung vom Dartmouth College. Zusammen mit seinen Kollegen Todd Michael und Patrice Salomé machte er sich an eine genauere Untersuchung der inneren Uhr von Arabidopsis thaliana, der Ackerschmalwand. Besonders interessierten sich die Forscher für die Gene CAB2 und CAT3, die beide im Frühjahr im Zuge der Jungpflanzen-Entwicklung aktiv werden – und somit als Gradmesser für pflanzliche Frühlingsgefühle und das Wirken der inneren Pflanzenuhr dienen können. Je eines dieser Gene koppelten die Forscher in verschiedenen Reihen ihrer Versuchspflanzen dann mit dem Gen für Luciferase: Leuchtend verkündete der Marker dann, wenn das entsprechende Gen aktiv war. Dann setzte das Team die Versuchskräuter wechselnden Temperatur- und Lichtprogrammen aus und beobachteten die Veränderungen in den Aktivitätsmustern von CAB2 und CAT3.

Keine Überraschung bot das Verhalten von CAB2, der Bauanleitung für ein Protein des sonnenlichtabhängigen Photosyntheseapparates der Pflanze. Das Gen passte seine Aktivität rein an geänderte Hell-Dunkel-Muster an, ignorierte dabei aber völlig, ob etwa simulierte Tage kalt und Nächte warm waren. Ganz anders CAT3: Seine Aktivität reagierte nicht auf Licht, sondern vielmehr auf die Temperaturreize der Versuchszyklen. Offensichtlich werden beide Gene von unterschiedlichen Regulatoren kontrolliert – inneren Uhrwerken, die sich durch Temperatur einerseits und Lichtintensität andererseits justieren.

Mit diesen beiden unabhängigen inneren Uhren können die Pflanzen sich im Wandel der Jahreszeiten offenbar differenzierter einstellen: Wenn noch früh im Jahr die Samenruhe durch einen Temperaturreiz beendet wird, beeinflusst dies die Aktivierung der für die Photosynthese notwendigen CAB2-Gene nicht. Anschließend kann die Pflanze aber ihre Anpassung an die Jahreszeit mit Hilfe des temperatursensitiven CAT3-Regulators feinjustieren – und etwa auf Kälteeinbrüche angemessen reagieren.

Beide Uhren ticken dabei offenbar unabhängig voneinander im Mesenchym, der schwammartigen Mittelschicht der Keimblätter, in unmittelbarer Nachbarschaft. Dies sei das bislang beste Beispiel dafür, so McClung, dass Zeitgeber für Zellprozesse durchaus in ein und demselben Gewebe eines Mehrzellers vorkommen können.

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