Pflanzenbewegungen: Tropismen, Nastien und autonome Bewegungen

Pflanzen bewegen sich mehr, als wir denken. Entdecken Sie die Welt der Tropismen, Nastien und autonomen Bewegungen — vom Biegen der Stängel zum Licht bis hin zu den Windebewegungen des Hopfens und der Bohne.

Warum und wie sich Pflanzen bewegen

PFLANZENBEWEGUNGEN

„Pflanzen wachsen und leben, aber Tiere wachsen, leben und fühlen.“ So wurden Tiere und Pflanzen seit jeher unterschieden. Und dennoch hat erst die Zeitrafferkamera, die in bestimmten Zeitabständen Bilder aufnehmen kann, das Leben der Pflanzen in seiner ganzen Fülle beleuchtet. Mit dieser Kamera erforschte als erster weltweit der Professor Vladimír Úlehla gemeinsam mit seinem Schüler Jan Calábek die Bewegungen der Pflanzen. Die Kamera zeigte, dass sich nicht nur Tiere, sondern auch Pflanzen bewegen.

Höhere Pflanzen sind freilich nicht in der Lage, sich wie Tiere von Ort zu Ort zu bewegen. Sie bewegen sich durch Biegen oder Schwingen der Stängel und Blätter. Die Reizbarkeit der Pflanzen lässt sich jedoch nicht allein auf ihre Bewegungen reduzieren, sodass wir heute auch jene oben genannte alte Unterscheidung von Pflanzen und Tieren nicht mehr so vereinfacht ausdrücken können. Moderne physikalische Methoden offenbaren sogar Phänomene, die auf Reaktionen hinweisen, die an Empfindungen bei Pflanzen erinnern.

Von Ort zu Ort können sich z. B. einzellige pflanzliche Geißeltierchen (Augentierchen) bewegen. Bewegungen werden hier nicht nur durch Geißeln, sondern auch durch Wimpern ermöglicht. Die Schwärmsporen von Algen bewegen sich beispielsweise zum Licht hin. Bakterien können sich zum Sauerstoff hin bewegen (wenn sie aerob sind), Plasmodien von Schleimpilzen zum Wasser hin usw. Auch Chloroplasten können sich in der Zelle unter dem Einfluss unterschiedlicher Beleuchtungsstärke verlagern.

Verlagerung (Phototaxis) der Chloroplasten in den Zellen der Blättchen der Wasserlinse.

Bei höheren Pflanzen lassen sich vor allem Bewegungen beobachten, die mit den unmittelbaren Äußerungen der Lebenskraft zusammenhängen. Solche Bewegungen bezeichnen wir als vitale. Aber auch abgestorbene Pflanzenteile können sich bewegen, und dann sprechen wir von physikalischen Bewegungen. Als Beispiel können die Zapfen der Nadelbäume dienen, die sich bei Feuchtigkeit schließen und bei Trockenheit öffnen, oder die Hülsen der Hülsenfrüchtler, die sich bei Trockenheit schraubenförmig einrollen und so Samen herausschleudern können.

Vitale Bewegungen unterscheiden wir in reaktive (paratonische) und autonome Bewegungen. Erstere hängen mit der Einwirkung äußerer Reize zusammen, letztere finden auch ohne äußere Reizung statt. Reaktive Bewegungen unterscheiden wir in Tropismen und Nastien.

Fototropismus: Wie Pflanzen zum Licht wachsen

TROPISMEN

Bei Tropismen handelt es sich um Krümmungen pflanzlicher Teile in Richtung der Reizquelle oder davon weg. Der Reiz bestimmt also die Richtung der Bewegung.

Ist der Reiz Licht, sprechen wir von Fototropismus, ist es die Schwerkraft, sprechen wir von Geotropismus, im Falle chemischer Einflüsse sprechen wir von Chemotropismus usw. Diese Tropismen sind entweder positiv (Krümmung zur Reizquelle hin) oder negativ (Bewegung von der Reizquelle weg).

Fototropismus

Fototropismus ist eine Krümmung, die durch einseitigen Lichteinfluss verursacht wird. So zeigt z. B. eine junge Senfpflanze, die einseitig beleuchtet und in einer Wasserkultur angezogen wird (sodass auch die Wurzeln dem Licht ausgesetzt sind), eine Krümmung des Stängels zum Licht hin (positiver Fototropismus) und eine Krümmung der Wurzel vom Licht weg (negativer Fototropismus).

Der positive Fototropismus wird am intensivsten am Keimblattscheidenteil (Koleoptile) keimender Gräser, am besten beim Hafer, untersucht. Er steht im Zusammenhang mit dem Auxin, das an der Spitze der Koleoptile gebildet wird und sich unter dem Einfluss von Licht auf die dem Licht abgewandte Seite verlagert, wodurch diese Seite stärker wächst. Durch Abschneiden der Spitze geht daher die fototropische Empfindlichkeit verloren, und durch einseitiges Auftragen einer auxinhaltigen Paste (IAA) lässt sie sich hervorrufen.

eine Krümmung der Koleoptile auch im Dunkeln. Im Gegensatz dazu steht der negative Fototropismus der Wurzeln im Zusammenhang mit ABA, das sich auf der dem Licht abgewandten Seite ansammelt und dadurch das Wachstum dieser Seite hemmt.

Fototropismus A) Eine junge Pflanze des weißen Senfs, die in einer Wasserkultur in einem Glasbehälter angezogen wird, zeigt bei einseitiger Beleuchtung positiven Fototropismus des Stängels und negativen Fototropismus der Wurzel. B) Das Blattscheidenteil des Grases (Koleoptile) krümmt sich bei einseitiger Beleuchtung zum Licht hin, weil sich die Auxine auf die dem Licht abgewandte Seite verlagern. C) Die einseitig beleuchtete Wurzel wendet sich vom Licht ab, was mit der Verlagerung der Abscisinsäure (ABA) auf die dem Licht abgewandte Seite zusammenhängt. Bearbeitet nach Šebánek et al.

Geotropismus: Einfluss der Schwerkraft auf das Wachstum von Wurzeln und Stängeln

Geotropismus

Geotropismus (auch Gravitropismus) ist eine durch die Erdanziehungskraft verursachte Biegung. Der Stängel wächst entgegen ihrer Wirkung (ist negativ geotropisch), die Wurzel wächst in Richtung ihrer Wirkung (ist positiv geotropisch) – (Abb. 4.3A, Versuch 9.4.3).

Der positive Geotropismus der Wurzeln hängt mit dem Vorhandensein des sogenannten Rieselstärkes in der Wurzelspitze zusammen (Entdeckung der Professoren Němec und Haberlandt). Die Wurzel verliert daher nach dem Abschneiden der Spitze mit der Wurzelhaube ihre geotropische Empfindlichkeit. Durch die Reizung, die in gewissem Maße mit dem Rieselstärke zusammenhängt, kommt es auch zu einer ungleichmäßigen Verteilung von ABA. Infolgedessen wächst die an ABA verarmte Oberseite der Wurzel stärker, wodurch sich die Wurzel nach unten wendet. Bei Stängeln hingegen hängt der negative Geotropismus mit dem Auxin zusammen, das sich auf der Unterseite ansammelt und dort das Wachstum anregt.

Unter den Tropismen ist auch der Chemotropismus und der Hydrotropismus bedeutsam, bei denen die Biegungen der Organe durch chemische Reizung ausgelöst werden.

Mit den Tropismen hängen auch die hakenförmigen Biegungen von Keimpflanzen oder Blütenknospen eng zusammen.

Nastien: Pflanzenbewegungen, die durch die Intensität des Reizes gesteuert werden

Nastien und autonome Bewegungen

Nastien sind Bewegungen, die durch Reize ausgelöst werden, aber im Gegensatz zu Tropismen bestimmt dieser Reiz nicht die Richtung der Bewegung.

Ist der Reiz beispielsweise Licht, ist es nicht wichtig, woher es wirkt, sondern ob es überhaupt wirkt. Bei einer bestimmten Reizintensität kommt es dann zur Bewegung, z. B. öffnet sich eine Blüte im Licht. Diese Nastie ist beispielsweise bei der Hagebutte oder bei der Kartoffel zu beobachten, wenn sich die Blüten am Morgen öffnen. Es gibt jedoch auch Pflanzenarten, bei denen sich die Blüten umgekehrt am Abend öffnen (z. B. Nachtkerze). Besonders auffällig sind Thermonastien, die durch Wärme ausgelöst werden, oder Seismonastien, die durch Erschütterungen verursacht werden.

Manchmal hängen Nastien mit Veränderungen im Turgor der Gewebezellen zusammen. Es handelt sich beispielsweise um das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen auf den Blättern, was mit dem Turgor der Schließzellen der Spaltöffnungen zusammenhängt. Auffällig sind auch Nastien in den Gelenkpolstern, mit denen die Blätter ansitzen. Zum Beispiel heben sich die ersten Blätter der Feuerbohne tagsüber und sinken zur Nacht ab. Dabei handelt es sich um Turgorsveränderungen in den Gelenkpolstern.

Durch Auxin werden auch sogenannte Epinastien verursacht (wenn z. B. der Blattstiel auf der Oberseite stärker wächst, sodass er sich nach unten biegt) oder Hyponastien (wenn es zu einem stärkeren Wachstum auf der Unterseite kommt), sodass die Biegung nach oben erfolgt.

Hyponastie. Durch das Abschneiden der Stängelspitze biegen sich die Blattstiele nach oben. Diese sogenannte Hyponastie hängt mit dem Auxin zusammen, das an der Spitze gebildet wird. Das Auftragen einer Paste mit Auxin (IAA) wirkt daher genauso wie die unversehrte Spitze.

Autonome Pflanzenbewegungen und Reizbarkeit über Bewegungen hinaus

Autonome Bewegungen sind im Gegensatz zu reaktiven Bewegungen weitgehend unabhängig von äußeren Einflüssen. Gut lassen sie sich in Zeitrafferfilmen als Schwingen oder Kreisen bei Keimpflanzen beobachten. Bei manchen Pflanzen gehen diese Bewegungen dann in Windebewegungen über (z. B. bei Zaunwinde, Bohne oder Hopfen). Diese Bewegungen können rechts- oder linksdrehend sein, was durch die genetische Information der Pflanze bestimmt wird.

Es wäre jedoch eine große Vereinfachung, wenn wir als Ausdruck der Reizbarkeit von Pflanzen nur die beschriebenen Bewegungen betrachten und diese Bewegungen nur durch Pflanzenhormone erklären würden.