Nepenthes baut mithilfe gängiger Entwicklungsprozesse eine ungewöhnlich rutschige Falle

Nepenthes Kannenpflanzen sind in vielerlei Hinsicht ungewöhnlich. Sie sind fleischfressend. Sie nutzen eine radikal veränderte Blattspreite als Kanne, um Insekten zu fangen. Außerdem haben sie am Kannenrand ein biomechanisches Rippensystem entwickelt, das ungewöhnlich benetzbar und rutschig ist. Die Zellen, die diesen Rand bilden, zeigen nach innen, ins Kanneninnere, und zwingen das Insekt, hineinzugleiten, wo es gefangen und verzehrt wird. Eine kürzlich veröffentlichte Studie in Annals of Botany von Lessware et al. hat nun der erste Bericht über die Entwicklungszeitlinie dieser komplexen Fangfläche.

Um das Entwicklungsmuster zu identifizieren, definierten Lessware et al. sieben aufeinanderfolgende Entwicklungsphasen in N. × Nutte Krüge und erstellte eine Zeitreihe von Kryo-Rasterelektronenmikroskop-Bildern (Kryo-SEM), eine Methode, die es Forschern ermöglicht, empfindliches Material unter kryogenen Bedingungen schnell zu handhaben und zu fixieren.

„Wir haben 30 Kannenknospen untersucht, die die gesamte Entwicklung von der Knospenorientierung bis zur reifen, frisch geöffneten Kanne repräsentieren“, erklären sie. Ihre Aufnahmen zeigten, dass die Entwicklungsmuster der Epidermiszellen in den Kannenrändern denen der Blatt- und Blütenentwicklung ähneln: Proliferation, Differenzierung und anschließende Expansion. Ungewöhnlich war lediglich, dass die Zellen wiederholte Teilungen ohne intermittierendes Wachstum durchliefen, was zu einer Verringerung der durchschnittlichen Zellgröße führte, die bei der Organentwicklung anderer Arten normalerweise nicht beobachtet wird.

„Wir zeigen, dass das hierarchische Oberflächenmuster auf dem reifen Peristom [Rand] durch eine Abfolge von Differenzierungs- und Wachstumsereignissen gebildet wird, die modulare Elemente kombinieren, die in der Epidermisentwicklung über Pflanzenlinien und Organe hinweg üblich und weit verbreitet sind, wo sie durch homologe Gene mit robuster Funktion untermauert werden“, sagen Lessware et al.

Die Kryo-REM-Bilder wurden zudem zur Erstellung eines Identifikationsschlüssels verwendet, der aus der Morphologie der äußeren Kannenknospen auf das Entwicklungsstadium des inneren Randes schließen lässt. Der Schlüssel wurde validiert, indem 56 Knospen beprobt, ihre äußere Entwicklung mittels Standard-REM analysiert und die Vorhersage überprüft wurde. Der Schlüssel wies eine Vorhersagegenauigkeit von über 95 % auf, wobei alle Fehlvorhersagen auf junge, früh entwickelte Knospen zurückzuführen waren. Darüber hinaus ist der Schlüssel spezifisch für Kannen des unteren Typs.

Laut Lessware et al. hat der glatte Rand der Kannenpflanze „als Inspiration für biomimetische Anwendungen wie selbstreinigende und selbstheilende Oberflächenbeschichtungen sowie mikrofluidische Geräte für den passiven, unidirektionalen Wassertransport und die Nebelgewinnung gedient“ und könnte „eine innovative Lösung für eine umweltfreundliche Schädlingsbekämpfung bieten“.

„Die meisten Blattoberflächen sind wasserabweisend“, sagen Lessware et al., aber „der kragenförmige, mikrostrukturierte Fallenrand (Peristom) fleischfressender Nepenthes (Nepenthaceae) Kannenpflanzen sind eine bemerkenswerte Ausnahme von dieser Regel. Dieser spezielle Rand der Kannenpflanze weist ein komplexes Rippenmuster auf, das Wasser entlang seiner Oberfläche leitet und einen dünnen Film bildet. „Der Wasserfilm verhindert, dass die haftenden Pfoten der Insekten engen Kontakt mit der Oberfläche haben und lässt sie rutschen, wie ein Autoreifen beim Aquaplaning auf nasser Straße“, sagen Lessware et al. Durch ein besseres Verständnis der Entstehung der rutschigen Oberfläche in Nepenthes, ist es möglicherweise möglich zu lernen, wie man Pflanzenoberflächen so rutschig macht, dass Insekten sie nicht befallen können.

Und mit der Erstellung eines Entwicklungszeitplans für Randepidermiszellen steht die Tür zu einem besseren Verständnis der Genetik hinter dieser komplexen, schlüpfrigen Eigenschaft offen.

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Lessware, OC, Mantell, JM und Bauer, U. (2025) „Fleischfressende Kannenpflanzen der Art Nepenthes kombinieren gemeinsame Entwicklungsprozesse, um eine komplexe epidermale Fangoberfläche zu bilden.“ Annals of Botany, 135(4), S. 643–654. Verfügbar um: https://doi.org/10.1093/aob/mcae147.

[VORLÄUFIGE VOLLAUTOMATISCHE TEXTÜBERSETZUNG - muss noch überarbeitet werden. Wir bitten um Ihr Verständnis.]

Whitewoods, CD (2025) „Neuordnung der Entwicklung führt zu einer rutschigen Piste: ein Kommentar zu ‚Fleischfressende Kannenpflanzen der Gattung Nepenthes kombinieren gemeinsame Entwicklungsprozesse, um eine komplexe epidermale Fangfläche zu bilden‘“ Annals of Botany, 135(4), S. i–ii. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcae182.

Titelbild: Nepenthes × Nutte canva.