Pflanzenbewegungen: Tropismen, Nastien und autonome Bewegungen
Wie bewegen sich Pflanzen? Lesen Sie alles über die Pflanzenbewegungen — über Phototropismus, Geotropismus, Nastien und autonome Bewegungen. Ein verständlicher Leitfaden mit Beispielen.
Pflanzenbewegungen: Tropismen, Nastien und autonome Bewegungen
Warum und wie sich Pflanzen bewegen
PFLANZENBEWEGUNGEN
„Pflanzen wachsen und leben, Tiere aber wachsen, leben und fühlen.“ So wurden Tiere und Pflanzen seit jeher unterschieden. Und doch hat das Leben der Pflanzen in seiner ganzen Breite erst die Zeitrafferkamera erhellt, die Bilder in bestimmten Zeitabständen aufnehmen konnte. Mit dieser Kamera untersuchte als Erster weltweit Prof. Vladimír Úlehla zusammen mit seinem Schüler Jan Calábek die Bewegungen der Pflanzen. Die Kamera zeigte, dass sich nicht nur Tiere bewegen, sondern auch Pflanzen.
Höhere Pflanzen sind allerdings nicht in der Lage, sich wie Tiere von Ort zu Ort zu bewegen. Sie bewegen sich durch das Krümmen oder Schwingen von Sprossen und Blättern. Die Reizbarkeit der Pflanzen lässt sich jedoch nicht auf ihre Bewegungen verengen, sodass wir auch jene oben angeführte alte Unterscheidung von Pflanze und Tier heute nicht mehr so vereinfacht ausdrücken können. Moderne physikalische Methoden verraten sogar Erscheinungen, die auf Reaktionen hindeuten, welche an Empfindungen erinnern.
Von Ort zu Ort bewegen können sich zum Beispiel einzellige pflanzliche Geißelträger (Augentierchen, Euglena). Die Bewegung wird hier nicht nur durch Geißeln, sondern auch durch Wimpern ermöglicht. Die Schwärmsporen der Algen bewegen sich zum Beispiel dem Licht entgegen. Bakterien können sich zum Sauerstoff hin bewegen (wenn sie aerob sind), die Plasmodien der Schleimpilze zum Wasser und so weiter. Auch die Chloroplasten können sich in der Zelle unter dem Einfluss unterschiedlich starker Beleuchtung verlagern.
Verlagerung (Phototaxis) der Chloroplasten in den Zellen der Blättchen der Wasserlinse.
Bei den höheren Pflanzen lassen sich vor allem Bewegungen beobachten, die mit den unmittelbaren Äußerungen der Lebenskraft zusammenhängen. Solche Bewegungen bezeichnen wir als vitale Bewegungen. 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 schraubig drehen und so die Samen fortschleudern können.
Die vitalen Bewegungen unterscheiden wir in reaktive (paratonische) und autonome Bewegungen. Die ersten hängen mit der Einwirkung äußerer Reize zusammen, die zweiten laufen auch ohne äußere Reizung ab. Die reaktiven Bewegungen unterscheiden wir in Tropismen und Nastien.
Phototropismus: wie Pflanzen zum Licht wachsen
TROPISMEN
Bei den Tropismen geht es um Krümmungen von Pflanzenteilen zur Reizquelle hin oder von ihr weg. Der Reiz entscheidet also über die Richtung der Bewegung.
Ist der Reiz das Licht, sprechen wir vom Phototropismus, ist es die Schwerkraft, sprechen wir vom Geotropismus, bei einer Reizung durch chemische Einflüsse sprechen wir vom Chemotropismus und so weiter. Diese Tropismen sind entweder positiv (Krümmung zur Reizquelle hin) oder negativ (Bewegung von der Reizquelle weg).
Phototropismus
Der Phototropismus ist eine Krümmung, die durch den einseitigen Einfluss des Lichts verursacht wird. Zum Beispiel zeigt eine junge Pflanze des Senfs, die einseitig beleuchtet und in Wasserkultur gezogen wird (sodass auch die Wurzeln dem Licht ausgesetzt sind), eine Krümmung des Sprosses zum Licht hin (positiver Phototropismus) und eine Krümmung der Wurzel vom Licht weg (negativer Phototropismus).
Der positive Phototropismus wird am eingehendsten an der Koleoptile keimender Gräser untersucht, am besten beim Hafer. Er hängt mit dem Auxin zusammen, das in der Spitze der Koleoptile gebildet wird und sich unter dem Einfluss des Lichts auf die lichtabgewandte Seite verlagert, wodurch diese Seite stärker wächst. Durch das Abschneiden der Spitze geht die phototrope Empfindlichkeit deshalb verloren, und mit dem einseitigen Auftragen einer Paste mit Auxin (IAA) lässt sich die Krümmung der Koleoptile auch im Dunkeln auslösen. Der negative Phototropismus der Wurzeln hängt dagegen mit der ABA zusammen, die sich auf der lichtabgewandten Seite anreichert, wodurch diese Seite im Wachstum gehemmt wird.
Phototropismus. A) Eine junge Pflanze des Weißen Senfs, in Wasserkultur in einem Glasgefäß gezogen, zeigt bei einseitiger Beleuchtung einen positiven Phototropismus des Sprosses und einen negativen Phototropismus der Wurzel. B) Die Koleoptile eines Grases krümmt sich bei einseitiger Beleuchtung zum Licht hin, weil sich die Auxine auf die lichtabgewandte Seite verlagern. C) Eine einseitig beleuchtete Wurzel wendet sich vom Licht ab, was mit der Verlagerung der Abscisinsäure (ABA) auf die lichtabgewandte Seite zusammenhängt. Nach Šebánek u. a. bearbeitet.
Geotropismus: Einfluss der Schwerkraft auf das Wachstum von Wurzeln und Sprossen
Geotropismus
Der Geotropismus (oder Gravitropismus) ist eine Krümmung, die durch die Schwerkraft verursacht wird. Der Spross wächst ihrer Wirkung entgegen (er ist negativ geotrop), die Wurzel wächst in der Richtung ihrer Wirkung (sie ist positiv geotrop).
Der positive Geotropismus der Wurzeln hängt mit dem Vorhandensein der sogenannten Statolithenstärke in der Wurzelspitze zusammen (einer Entdeckung der Professoren Němec und Haberlandt). Die Wurzel verliert deshalb nach dem Abschneiden der Spitze mit der Wurzelhaube ihre geotrope Empfindlichkeit. Durch die Reizung, die in gewissem Maß mit der Statolithenstärke zusammenhängt, kommt es auch zu einer ungleichmäßigen Verteilung der ABA. Infolgedessen wächst die an ABA ärmere Oberseite der Wurzel stärker, wodurch sich die Wurzel nach unten wendet. Bei den Sprossen hängt der negative Geotropismus dagegen mit dem Auxin zusammen, das sich auf der Unterseite anreichert, die dadurch im Wachstum angeregt wird.
Von den Tropismen sind auch der Chemotropismus und der Hydrotropismus bedeutsam, bei denen die Krümmungen der Organe durch eine chemische Reizung ausgelöst werden.
Eng mit den Tropismen hängen auch die hakenförmigen Krümmungen der Keimpflanzen oder der Blütenknospen zusammen.
Nastien: Pflanzenbewegungen, die von der Reizstärke gesteuert werden
Nastien und autonome Bewegungen
Nastien sind Bewegungen, die durch einen Reiz ausgelöst werden, wobei dieser Reiz im Unterschied zu den Tropismen nicht über die Richtung der Bewegung entscheidet.
Ist der Reiz also zum Beispiel das Licht, kommt es nicht darauf an, woher es einwirkt, sondern ob es überhaupt einwirkt. Bei einer bestimmten Reizstärke findet die Bewegung dann statt, zum Beispiel öffnet sich die Blüte im Licht. Diese Nastie ist zum Beispiel bei der Hundsrose oder bei der Kartoffel zu beobachten, deren Blüten sich am Morgen öffnen. Es gibt jedoch auch Pflanzenarten, deren Blüten sich umgekehrt am Abend öffnen (zum Beispiel die Nachtkerze). Besonders auffällig sind die Thermonastien, die durch Wärme ausgelöst werden, und die Seismonastien, die durch Erschütterungen hervorgerufen werden – das bekannteste Beispiel dafür ist die Mimose (Mimosa pudica), die ihre Fiederblättchen bei Berührung binnen Sekunden zusammenklappt.
Manchmal hängen die Nastien mit Änderungen der Spannung in den Zellen des Gewebes (des Turgors) zusammen. Es geht zum Beispiel um das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen auf den Blättern, was mit dem Turgor der Schließzellen der Spaltöffnungen zusammenhängt. Auffällig sind auch die Nastien in den Gelenkpolstern, mit denen die Blätter ansitzen. Die ersten Blätter der Feuerbohne heben sich zum Beispiel tagsüber und senken sich zur Nacht. Dabei handelt es sich um Änderungen des Turgors in den Gelenkpolstern.
Vom Auxin werden auch die sogenannten Epinastien bewirkt (wenn zum Beispiel der Blattstiel auf der Oberseite stärker wächst, sodass er sich nach unten krümmt) oder die Hyponastien (wenn es zu stärkerem Wachstum auf der Unterseite kommt), sodass die Krümmung nach oben erfolgt.
Hyponastie. Durch das Abschneiden der Sprossspitze krümmen sich die Blattstiele nach oben. Diese sogenannte Hyponastie hängt mit dem Auxin zusammen, das in der Spitze gebildet wird. Das Auftragen einer Paste mit Auxin (IAA) wirkt deshalb ebenso wie die unversehrte Spitze.
Autonome Pflanzenbewegungen und Reizbarkeit über die Bewegung hinaus
Die autonomen Bewegungen sind im Unterschied zu den reaktiven weitgehend unabhängig von äußeren Einflüssen. Gut beobachten lassen sie sich im Zeitraffer als Schwingen oder Kreisen bei Keimpflanzen. Bei manchen Pflanzen gehen diese Bewegungen in Windebewegungen über, wie sie für viele Kletterpflanzen typisch sind (zum Beispiel bei der Winde, der Bohne oder dem Hopfen). Diese Bewegungen können rechts- oder linksdrehend sein, was durch die genetische Information der Pflanze festgelegt ist.
Es wäre allerdings eine starke Vereinfachung, wenn wir als Äußerungen der Reizbarkeit der Pflanzen nur die beschriebenen Bewegungen ansehen und diese Bewegungen nur mit den Pflanzenhormonen erklären würden.
