Das chemische Leben der Bäume: Warum keine zwei genau gleich sind

Stellen Sie sich jede Pflanze als eine kleine Apotheke vor, die ständig ihre eigenen, einzigartigen natürlichen Chemikalien mischt und freisetzt. Diese Verbindungen sind bekannt als Metaboliten und helfen Pflanzen, in ihrer Umgebung zu überleben und zu gedeihen. Manche ermöglichen es ihnen, Wasser während Dürreperioden zu speichern, während andere sie vor hungrigen Insekten schützen oder wie Parfüme wirken, um Bestäuber anzulocken.

Die Herstellung dieser Verbindungen verbraucht jedoch Energie. Daher muss jede Pflanze je nach Bedarf und Umgebung entscheiden, was sie produziert. Beispielsweise könnte eine Pflanze, die an einem sonnigen und trockenen Standort wächst, mehr in Verbindungen investieren, die den Wasserverlust reduzieren, während eine andere Pflanze, die in einer schattigen, insektenreichen Ecke wächst, sich auf Abwehrstoffe konzentriert. Diese Entscheidungen spiegeln Kompromisse wider, die durch die Genetik der Pflanzen und die Umgebung, in der sie wachsen, geprägt sind, und führen zu einem einzigartigen chemischen Fingerabdruck für jede einzelne Pflanze.

Trotzdem haben Wissenschaftler die meiste Zeit damit verbracht, zu verstehen, wie Pflanzen wachsen und konkurrieren. Dabei konzentrierten sie sich auf leicht erkennbare Merkmale, wie etwa die Höhe eines Baumes oder seine Wuchsgeschwindigkeit. Doch in den letzten Jahren haben Forscher begonnen, tiefer zu blicken und ihre Aufmerksamkeit auf die gesamte Sammlung chemischer Verbindungen, die eine Pflanze produziert. 

Die meisten bisherigen Studien verglichen diese chemischen Profile verschiedener Arten. Doch genau wie Menschen unterschiedliche Gene, Ernährungsweisen und Lebensstile haben können, können auch einzelne Pflanzen innerhalb derselben Art variieren. Diese Variation innerhalb einer Art könnte für die Artunterschiede von Bedeutung sein und beeinflussen, wie Pflanzen wachsen, sich verteidigen und mit anderen interagieren. Aufgrund der hohen Kosten und Komplexität chemischer Analysen wurde diese Variation jedoch bisher nicht beachtet.

Mit diesem im Verstand, Yunyun He und ihr Team führten eine Studie um herauszufinden, was die Variation von Pflanzenmetaboliten selbst zwischen Mitgliedern derselben Art verursacht. Sie maßen genetische Unterschiede und Umweltfaktoren wie Boden, Licht und Pflanzenfraß bei 300 Bäumen von zehn Arten in einem tropischen Regenwald in Südchina.

Die Forscher fanden heraus, dass sich einzelne Bäume, sogar innerhalb einer einzigen Baumart, in der von ihnen produzierten chemischen Substanz enorm unterscheiden können. Und diese Unterschiede sind nicht zufällig. Jeder Baum trägt seine eigene, einzigartige „chemische Signatur“, bestehend aus Substanzen wie Fettsäuren, Terpenoide und AlkaloideDiese Vielfalt wird durch eine Kombination von Faktoren geprägt, wie etwa den Genen, der physischen Umgebung und den Lebewesen, mit denen sie in ihrer Umgebung interagieren.

Interessanterweise zeigten einige Arten deutlich größere Unterschiede zwischen den Individuen als andere. Zum Beispiel: Macropanax dispermus hatte eine breite Palette chemischer Profile unter seinen Bäumen, während Baccaurea ramiflora war chemisch deutlich konsistenter. Dies ist möglicherweise auf die ökologischen, physiologischen und genetischen Strategien der einzelnen Arten sowie ihre Interaktion mit der Umwelt zurückzuführen.

Die Studie zeigte auch, dass verschiedene Arten von Verbindungen von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst werden. Abwehrstoffe, sogenannte Sekundärmetaboliten, wurden am stärksten durch biotische Interaktionen wie Herbivorie und Konkurrenz mit anderen Pflanzen beeinflusst. Primärmetaboliten wie Kohlenhydrate, die für Wachstum und Energie essentiell sind, wurden dagegen stärker von abiotischen Faktoren wie Licht, Boden und Nährstoffverfügbarkeit beeinflusst.

Eine der bemerkenswertesten Entdeckungen war, dass jede Art auf ihre Umwelt individuell reagiert. Bei manchen Arten beeinflussten genetische Merkmale die chemische Vielfalt in enger Wechselwirkung mit den Umweltbedingungen. Bei anderen Arten waren die Umwelteinflüsse direkter. Dies deutet darauf hin, dass die Chemie einer Pflanze nicht allein das Ergebnis ihrer DNA oder ihrer Umwelt ist, sondern das Ergebnis einer dynamischen und artspezifischen Interaktion zwischen beiden.

Indem die Studie diese verborgenen Schichten der Vielfalt aufdeckt, stellt sie traditionelle Ansichten zur Pflanzenökologie in Frage und ermöglicht ein detaillierteres, differenzierteres Verständnis der Funktionsweise von Wäldern. Mit Blick auf die Zukunft werfen diese Erkenntnisse spannende Fragen auf: Wie könnten chemische Variationen das Zusammenleben, den Wettbewerb oder die Widerstandsfähigkeit von Arten beeinflussen? Und angesichts der zunehmenden Bedrohung tropischer Wälder durch Klimawandel und Lebensraumverlust könnte die Entschlüsselung der chemischen Geheimnisse von Pflanzen uns helfen, die Artenvielfalt besser zu schützen? Es gibt noch viel zu lernen, aber wir bleiben gespannt auf die nächsten Entdeckungen.

DER ARTIKEL:: 

He, Y., Junker, RR, Xiao, J., Lasky, JR, Cao, M., Asefa, M., … & Sedio, BE (2025). Genetische und umweltbedingte Faktoren der intraspezifischen Variation von Blattmetaboliten in einer tropischen Baumgemeinschaft. New Phytologist, 246(6), 2551-2564. https://doi.org/10.1111/nph.70146.

Victor HD Silva

Victor HD Silva ist Biologe und begeistert sich für die Prozesse, die die Interaktion zwischen Pflanzen und Bestäubern prägen. Er erforscht derzeit, wie die Urbanisierung die Interaktion zwischen Pflanzen und Bestäubern beeinflusst und wie städtische Grünflächen bestäuberfreundlicher gestaltet werden können. Für weitere Informationen folgen Sie ihm auf ResearchGate. Victor HD Silva.

Portugiesische Übersetzung von Victor HD Silva.

Titelbild by Renaudsechet (Wikimedia Commons).