Dass Pflanzen sich gegenseitig beeinflussen, ist bekannt. "Setzt man zwei Pflanzen nebeneinander in denselben Topf, ist bei ihnen eine Art von Stress bemerkbar", erläutert Ao. Univ.-Prof. Dr. Franz Hadacek ein Laborexperiment, "ähnlich, wie wenn ein Tier an ihnen frisst oder sie ein Pilz befällt." Messbar ist dieser Stress über ihre Stoffwechselprodukte. Ihre Zusammensetzung unterscheidet sich deutlich von der einer Pflanze ohne unmittelbaren Nachbar.
Genaue Funktionsweise unklar
Vermutlich werden über die Wurzeln toxische Substanzen ins Erdreich ausgeschieden. Diese verursachen - so eine der Hypothesen - bei den Pflanzen in der Umgebung Stress und können so deren Wachstum beeinflussen. Einige Arten dürften hier besonders effektive chemische Waffen produzieren. Klassisches Beispiel ist der Nussbaum. Unter diesem wächst bekanntlich nicht sehr viel. Welche Vorgänge sich hier allerdings genau im Erdreich abspielen und welche Stoffe daran beteiligt sind, ist noch weitgehend unklar. Auch ist wenig bekannt, welche Rolle Mikroorganismen beim Abbau dieser Gifte im Boden spielen.
Eingeschleppte Arten oft invasiv
"Die Frage, die wir uns vor allem stellen, ist, warum gewisse Pflanzenarten in Gesellschaften besonders dominant werden können", erklärt Hadacek den Ausgangspunkt für seine Untersuchung. Speziell eingeschleppte Arten können sich in ihrem neuen Lebensraum leicht zu invasiven Pflanzen entwickeln und die vorhandene Vegetation verdrängen.
Modellpflanze Robinia pseudacacia
Die Modellpflanze für die Untersuchungen des Ökologen und seines Teams ist die Robinie (Robinia pseudacacia). Die ursprünglich als Zierbaum bei uns eingeführte Pflanze wird vielfach als Erosionsschutz, Nutzholzbaum oder Futterquelle für Bienen verwendet. Bäume stellen an sich nur selten invasive Arten dar. Ihr Einfluss auf die Vegetation kann allerdings aufgrund ihrer Größe und ihrer langen Lebensdauer beträchtlich sein. Die Robinie ist in den letzten Jahren vor allem in den unter Naturschutz stehenden Trockenrasengebieten im Osten Österreichs zum Problem geworden.
Symbiose mit Mikroorganismen
Diese Baumart geht mit Stickstoff bindenden Bakterien an den Wurzeln eine Symbiose ein. Die Folge ist eine hohe Stickstoffkonzentration im Boden und eine Veränderung des Unterwuchses. Welche toxischen Substanzen darüber hinaus von der Robinie in das Erdreich abgesondert werden, will Hadacek in den nächsten Jahren untersuchen, "um besser verstehen zu können, wie sich die Pflanzen gegenseitig beeinflussen." Er arbeitet dabei mit Vladimir Chobot von der Charles-Universität in Hradec Kralove (Tschechien) im Rahmen eines Lise-Meitner-Stipendiums des FWF zusammen.
Schilf erobert Amerika
In Neuseeland, Hawaii oder Nordamerika stellen invasive Pflanzenarten bereits ein ernstes Problem dar. Ein eindrucksvolles Beispiel ist das bei uns heimische Schilf. In den Landstrichen der USA, die als erstes von Europa aus besiedelt wurden, z.B. Virginia Bay, breitet es sich rasant aus und verdrängt viele einheimische Arten. "Interessanterweise gibt es sehr viele Pflanzen aus Europa, die in Amerika als invasiv gelten, während das umgekehrt nur in Einzelfällen so ist", sagt Hadacek.
Chemische Waffe Catechin
Eine Art, die sich in den USA massiv ausbreitet, ist eine aus dem östlichen Südeuropa eingebürgerte Flockenblume. Als eine ihrer chemischen Waffen wird eine Verbindung namens Catechin vermutet. Die Wiener ÖkologInnen verglichen diese Substanz mit jener, die in der Wurzelerde des Nussbaumes zu finden ist, dem Naphtochinon Juglon, und "das war dann doch um einiges stärker". Im Gegensatz zur biologischen Sehweise gilt die Flavonoidverbindung Catechin in der Pharmazie als einer der besten Radikalfänger. Viele von den Pflanzen produzierte Gifte können entweder Sauerstoff-Radikale einfangen oder erzeugen - abhängig von der Konzentration und vermutlich auch vom Stresszustand der betroffenen Pflanze.
Radikale warnen vor Stress
In Zellen ist meist eine geringe Konzentration an Sauerstoff-Radikalen vorhanden. Diese dienen bei Pflanzen wie auch beim Menschen als eine Art Signalsystem. Steigt die Konzentration an Radikalen, produzieren die Zelle spezielle Stoffwechselprodukte, um so auf Stress reagieren zu können. Welche Effekte Verbindungen wie Catechin oder Juglon auf diesen Mechanismus haben, "das ist etwas, was wir uns noch genauer ansehen wollen", merkt der Ökologe dazu an.
Analyseverfahren soll invasive Arten ausmachen
Für die Zukunft planen die ForscherInnen der Universität Wien zudem die Entwicklung von standardisierten Analyseverfahren. Damit sollen die für andere Pflanzen stark toxischen Wurzelausscheidungen gezielt im Boden aufgespürt werden. "Mit diesen so genannten Bioassays könnten wir dann schon im Vorfeld ausloten, wie gut die 'chemischen Waffen' einer Pflanze sind und inwieweit sie bei anderen Pflanzen Stress erzeugen können", so Hadacek. (ro)
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