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Pflanzen: Grundlage des Lebens

Weshalb sind Pflanzen unentbehrlich?

Weil sie den Sauerstoff produzieren, auf den viele Lebewesen der Erde angewiesen sind und der ihnen erst die Existenz ermöglicht. Um diese Leistung zu vollbringen, brauchen Pflanzen Licht, denn das ist die Voraussetzung dafür, dass sie die für ihr Wachstum benötigten Stoffe aufbauen können. Dieser Vorgang wird als Fotosynthese (wörtlich etwa »Aufbau aus Licht«) bezeichnet. Nur grüne Pflanzen können Fotosynthese betreiben, weil nur ihre Zellen den grünen Blattfarbstoff Chlorophyll enthalten. Mit seiner Hilfe wird aus Wasser (das dem Boden entnommen wird) und Kohlendioxid (das aus der Luft in das Blattgewebe gelangt) unter Anwesenheit von Sonnenlicht energiereicher Traubenzucker (Glucose) hergestellt; dabei werden Sauerstoff und Wasser freigesetzt. Der Traubenzucker wiederum wird in andere Stoffe, wie beispielsweise Stärke, umgewandelt, die zum Aufbau des Pflanzenkörpers und für dessen Lebensvorgänge benötigt werden.

Pflanzen sind also in der Lage, aus anorganischen Stoffen die organischen Stoffe herzustellen, die sie zum Leben brauchen; sie werden deshalb auch als autotroph (»sich selbst ernährend«) bezeichnet. Tiere und der Mensch dagegen müssen organische Substanzen, also Pflanzen oder Tiere, mit der Nahrung aufnehmen, um ihren Stoffwechsel in Gang zu halten. Sie sind »heterotroph« (»sich von anderen ernährend«).

Wann eroberten die Pflanzen das Land?

Vor rund 400 Millionen Jahren. Zumindest sind aus dieser Zeit – dem Devon – die ersten echten Festlandpflanzen durch Fossilien belegt, wie etwa Drepanophycus spinaeformis, ein Ahne der heutigen Bärlappe, der vermutlich auf flachen Sandbänken oder in der Übergangszone vom Watt zum Sandstrand wuchs.

Die Besiedlung des Festlandes stellte neue Anforderungen an die Pflanzen. So entwickelten sie Wurzeln, mit denen sie sich im Boden fest verankern und Wasser und Mineralien aufnehmen konnten. Spezielle Zellen, die das sog. Festigungsgewebe bildeten, stabilisierten die Pflanzen und erlaubten nun ein Höhenwachstum. Damit Wasser und Nährstoffe auch in die oberen Pflanzenteile transportiert werden konnten, bildete sich ein Röhrensystem heraus: Die sog. Leitbündel versorgen auch die Blätter an der Spitze und sorgen auf der anderen Seite dafür, dass die Produkte der Fotosynthese zu den Speicherorganen, etwa den Wurzeln, gelangen. Die Blätter der ersten Landpflanzen besaßen bereits einfache Spaltöffnungen, die ihnen einen Gasaustausch, also die Abgabe von Wasserdampf und Sauerstoff sowie die Aufnahme von Kohlendioxid, ermöglichten. Und in die äußere Schicht des Pflanzenkörpers war bereits Cutin eingelagert, das vor zu starker Verdunstung und der schädlichen UV-Strahlung der Sonne schützte.

Produzieren alle Pflanzen Samen?

Nein, nur die sog. Höheren Pflanzen. Die Niederen Pflanzen, also Algen, Moose, Farne, Schachtelhalme und Bärlappgewächse verbreiten sich durch Sporen, mikroskopisch kleine, meist einzellige Gebilde, die nur der Fortpflanzung dienen. Dabei sind sie unbedingt auf Wasser angewiesen.

Blüten- oder besser Samenpflanzen, wie sie biologisch korrekt heißen, sind dagegen für ihre Vermehrung nicht mehr auf Wasser angewiesen. Sie setzen stattdessen auf die Übertragung des Pollens durch Wind oder Tiere. Wie erfolgreich diese Strategie ist, zeigt die Tatsache, dass heute die meisten bekannten Pflanzenarten zu den Samenpflanzen gehören. Sie lassen sich in die beiden großen Gruppen der Nacktsamer und der Bedecktsamer unterteilen. In den Blüten der Nacktsamer, von denen zurzeit rund 800 Arten bekannt sind, liegt die Samenanlage frei auf den offenen Fruchtblättern. Sie bilden nur Samen, aber keine Früchte. Bei den Bedecktsamern, etwa 250 Arten, sind die Samenanlagen in Fruchtknoten eingeschlossen, aus denen sich die Früchte entwickeln; sie enthalten die Samen.

Weshalb schmücken sich Pflanzen mit Blüten?

Um Bestäuber anzulocken und so die Fortpflanzung und damit auch die Verbreitung der Art zu sichern. Vor allem Farben und Düfte sind anziehende Signale, um Biene, Hummel und Co. zum Besuch zu bewegen. Rotblaue Anthocyane, orange gefärbte Carotinoide oder gelbe Flavonoide dienen als Ausgangsstoffe für eine große Farbvielfalt. Gewellte oder mit Wachsen überzogene Oberflächen reflektieren das Licht in unterschiedlichste Richtungen und lassen viele Blüten ganz besonders intensiv leuchten. Zusätzlich zu ihrer Grundfarbe helfen viele Blüten den Insekten mit Farbmalen, farbigen Streifen und Tupfen auf den Kronblättern, möglichst schnell und zielsicher an den Nektar zu gelangen. Wer schlecht sieht, aber gut riechen kann, dem legen die Blüten mit Duftstoffen markante Leitbahnen, die Bienen, Fliegen oder Wespen mit ihrem feinen Geruchssinn sogar aus großer, bisweilen kilometerweiter Entfernung wahrnehmen.

Als nahrhafte Werbegeschenke bieten Pollen alles, was die geflügelten Besucher brauchen. Auch der ausschließlich zur Belohnung dienstbarer Tiere hergestellte Nektar ist begehrt; die Blüten produzieren diesen süßen Saft in besonderen Drüsen, den Nektarien. Manche Blütenpflanzen belohnen ihre Besucher darüber hinaus mit nahrhaften Fetten, die sie in besonderen Öldrüsen bilden.

Was steuert die Entwicklung der Pflanzen?

Die Entwicklung der Pflanzen wird durch verschiedene pflanzliche Hormone gesteuert. Vergleichbar mit dem Menschen, bei dem Hormone die Reifung vom Kind zum Erwachsenen sowie dessen Alterung steuern, werden auch die Entwicklungsstadien im Leben einer Pflanze von verschiedenen Hormonen kontrolliert, angefangen bei der Keimung über Wachstum, Blütenbildung, Fruchtreife und Blattabwurf bis hin zum Altern. Diese biochemischen Botenstoffe, die bei Pflanzen Phytohormone genannt werden, übermitteln Informationen von Gewebe zu Gewebe, von Organ zu Organ und lösen bereits in sehr geringen Konzentrationen spezifische Wirkungen aus.

Ein solches Phytohormon ist beispielsweise Ethylen – heute als Ethen bezeichnet –, das Pflanzen während ihres ganzen Lebens in geringen Mengen bilden. Das farblose, süßlich riechende Gas hat eine besondere Bedeutung für Alterungsprozesse. Im alternden Blatt bestimmt es letztlich, wann das Trenngewebe am Blattstiel aktiv wird und sich das Blatt löst. Ethylen fördert auch die Fruchtreife und somit schließlich den Fruchtfall. Nicht zuletzt dient es Pflanzen als Alarmstoff. Nach Verwundungen, etwa durch Schädlingsfraß, strömt Ethylen zusammen mit weiteren Stoffen aus und kurbelt die Bildung von Abwehrmechanismen an. So erhöht sich z. B. der Giftstoffgehalt der Blätter, um Fressfeinden den Appetit zu verderben. Dabei wirkt das Gas aber nicht nur auf unmittelbar betroffene Pflanzenteile, sondern auch von Pflanze zu Pflanze.

Warum duften Pflanzen?

Diese Frage ist noch nicht endgültig geklärt, aber möglicherweise liegt der Grund in ihrer Unbeweglichkeit. Pflanzen können sich nicht fortbewegen, um sich fortzupflanzen oder vor Fraßfeinden zu schützen. In Sachen Vermehrung müssen sie sich entweder auf Wind bzw. Wasser verlassen oder Tiere dazu bringen, für sie den Liebesboten zu spielen – und dies schaffen sie u. a. mit ihrem Blütenduft. Aber Düfte können auch vor Fraßfeinden schützen, wie etwa bei Salbei und Rosmarin, deren Blätter einen würzigen Duft verströmen. Pflanzen kommunizieren aber auch mithilfe ihrer Duftstoffe: Limabohnen (Phaseolus lunatus) beispielsweise senden chemische Stoffe aus, wenn sie von Spinnmilben befallen werden. Das Duftsignal zieht zum einen räuberische Milben an, bei denen Spinnmilben ganz oben auf der Speisekarte stehen. Zum anderen werden noch nicht befallene Limabohnenpflanzen in der Nachbarschaft dazu angeregt, vorsorglich ebenfalls Duftsignale abzusondern, um so einen Angriff abzuwehren.

Die meisten Duftstoffe gehören zu den ätherischen Ölen, leichtflüchtigen, ölartigen Substanzen, die auf mehr oder weniger angenehme Weise aromatisch riechen. Sie stecken vor allem in Blättern, Blüten oder Samen. Je nach Pflanzenart setzen sie sich aus verschiedenen Komponenten zusammen. Es kostet die Pflanze viel Energie, diese flüchtigen Stoffe herzustellen. Deshalb haben sich einige darauf spezialisiert, ihre Duftstoffe gezielt abzugeben, etwa nur am Abend.

Wie erobern Pflanzen neue Standorte?

Indem sie ihre Samen und Früchte möglichst weit verbreiten. Dabei helfen Tiere und Wind. Viele Samen und Früchte zeigen gute Flugeigenschaften und können so den Wind als Transportmittel nutzen, wie beispielsweise die Samen von Klatschmohn und Orchideen, die so leicht sind, dass der Wind sie wegtragen kann. Bei Ulme, Ahorn und Linde sind sie sogar mit Flügeln versehen und können dadurch größere Strecken zurücklegen.

Auffällig gefärbte Früchte, wie sie etwa Schneeball, Holunder oder Eberesche tragen, werden dagegen gern von Vögeln gefressen. Die unverdaulichen Samen werden mit dem Kot ausgeschieden und können dann, oft weit entfernt von der Mutterpflanze, auskeimen. Nüsse und Eicheln werden von Eichhörnchen und Siebenschläfern verbreitet, denen sie als Wintervorrat dienen. Die Früchte des Springkrauts schleudern ihre Samen sogar aus eigener Kraft drei bis fünf Meter weit.

Sind Pflanzen intelligent?

Darüber streiten die Gelehrten noch. Häufigstes Gegenargument ist der Hinweis auf das nicht vorhandene Gehirn bei Pflanzen. Jedoch wurde jetzt entdeckt, dass die pflanzlichen Zellmembranen, wie die Hüllen um die Zellen korrekt heißen, ähnliche Funktionen haben wie die Nervenbahnen und das Gehirn bei Tieren und Menschen. Denn sowohl bei tierischen als auch bei pflanzlichen Membranen sorgen bestimmte Signalmoleküle (sog. Neurotransmitter) für die Informationsweitergabe und -verarbeitung innerhalb des Organismus, darüber hinaus werden an diesen Orten Signale verarbeitet und deren Weitergabe koordiniert.

Inzwischen steht auch fest, dass Pflanzen sehen, schmecken, riechen, fühlen und wahrscheinlich sogar hören können. 1996 entdeckte ein Forscherteam in der Spitze von Maiskeimlingen einen Rezeptor, der dem Sehprotein Rhodopsin der menschlichen Netzhaut ähnelt. Schon der britische Naturforscher Charles Darwin (1809–1882) hatte die These aufgestellt, dass Pflanzen das für die Fotosynthese unentbehrliche Licht auf irgendeine Weise wahrnehmen müssen. Wie sonst ließe sich erklären, dass Zimmerpflanzen, die am Fenster stehen, zielstrebig zum Licht hin wachsen?

Allem Anschein nach verfügen Pflanzen sogar über etwas, das wie ein Gedächtnis wirkt: Sie können Erfahrungen machen, aus diesen lernen und können sich noch Monate oder Jahre später an diese Erfahrungen erinnern: Setzt man beispielsweise die Wurzeln einer jungen Pflanze einer niedrigen Salzkonzentration aus, die ihr normalerweise schaden oder sie vielleicht sogar abtöten würde, so lernt die Pflanze, bestimmte Mengen an Salz zu tolerieren. Erstaunlicherweise wird dieselbe Pflanze auch Jahre später noch in der Lage sein, mit höheren Salzmengen zurechtzukommen. Pflanzen dagegen, die keine Gelegenheit hatten, diese »Erfahrung« in jungen Jahren zu machen, tolerierten das Salzwasser keineswegs und starben ab.

Wussten Sie, dass …

Bäume wichtige Klimaregulatoren sind? Ein Buchenwald gibt auf einer Fläche von einem Hektar jährlich 3,6 Millionen Liter Wasser ab, ein Hektar Fichtenwald sogar bis zu 3,9 Millionen Liter.

Samen bis zu 20 Kilogramm schwer werden können? Das schafft die Seychellennusspalme und produziert damit den größten Samen der Erde.

sich Pflanzen auch ungeschlechtlich vermehren können? Dabei produzieren sie Ausläufer, Knollen oder Tochterzwiebeln, aus denen eine neue Pflanze heranwächst.

Was enthält ein Same?

Die vollständige Pflanze in klein, die nur noch heranwachsen muss. Bei einem Bohnensamen beispielsweise sind bereits die Sprossknospe und die Keimwurzel des Keimlings oder Embryos deutlich zu erkennen. Er wird nach außen durch die recht harte Samenschale vor Beschädigung und Austrocknung geschützt. Die Samenschale umschließt ferner zwei Keimblätter, die der ersten Versorgung des Keimlings mit Nährstoffen wie Stärke, Eiweißen und Fetten dienen.

Weshalb sehen Früchte so unterschiedlich aus?

Weil sich der Fruchtknoten, aus dem alle Früchte hervorgehen, unterschiedlich entwickeln kann. Von außen nach innen lassen sich verschiedene Zellschichten unterscheiden, die man als Exo-, Meso- und Endocarp bezeichnet. Werden sie ledrig und derb, so entsteht eine Kapsel wie z. B. die des Mohns (Papaver), werden sie fleischig und weich wie etwa bei Tomate (Lycopersicon) oder Gurke (Cucumis sativa), dann entwickelt sich eine Beere, die manchem Tier als willkommene Nahrung dient. Oft sind alle Schichten verholzt und schließen dann als harte Nuss den Samen ein. Aber es gibt noch einige weitere Spielarten, bei denen sich Exo-, Meso- und Endocarp unterschiedlich weiterentwickeln. So entstehen dann u. a. Früchte wie Kirschen (Prunus), bei denen die äußeren Schichten weich bleiben, während die innere verholzt und den Samen umgibt.

Wussten Sie, dass …

es auch Früchte ohne Samen gibt? Bananen oder Zitrusfrüchte bringen solche sterilen Früchte hervor; vermehrt werden samenlose Pflanzen über Stecklinge.

es Insekten gibt, die nur eine einzige Pflanzenart bestäuben? Beide Partner haben sich dabei so perfekt in Körperbau und Verhalten aneinander angepasst, dass sie völlig aufeinander angewiesen sind. So bestäuben Prachtbienen (Euglossinae) nur ganz bestimmte Orchideenarten.

Geschlecht, Medizin, Gendermedizin
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