Haben Ihre Großeltern Ihnen jemals Geschichten von einem besonders strengen Winter erzählt, die Teil Ihrer Familiengeschichte geworden sind? Wenn ja, sind Sie nicht allein. Manche Pflanzen scheinen sich ebenfalls an ihre Familiengeschichten zu „erinnern“, nicht durch Worte, sondern durch ihre Biologie.

In einem Artikel, veröffentlicht in ZelleXianwei Song und seine Kollegen zeigen, dass ursprünglich kälteempfindliche Reissorten eine Art „Gedächtnis“ entwickeln können, das ihren Nachkommen hilft, den Winter zu überstehen und zu gedeihen.

„Wir haben kälteempfindlichen Reis über mehrere Generationen hinweg Kältestress ausgesetzt und eine Linie identifiziert, die eine stabile Vererbung der Kältetoleranz erworben hat“, schreiben Song und Kollegen in ihrem Artikel.

Reis wurde vor etwa 9,000 Jahren in Asien domestiziert. Noch heute werden neue Sorten für verschiedene Regionen, wie beispielsweise die hier abgebildeten Philippinen, und für die Resistenz gegen unterschiedliche Stressfaktoren wie Krankheiten, Überschwemmungen und extreme Temperaturen gezüchtet. Bildnachweis: Sarah Covshoff. Alle Rechte vorbehalten.

Bei der Untersuchung der Ursache der erworbenen Kältetoleranz stellten sie fest, dass diese auf subtilen Markierungen in der elterlichen DNA beruhte, die an die nächsten Generationen weitergegeben wurden, und nicht auf Mutationen der DNA selbst. Diese Art von vererbten Markierungen werden als „epigenetische Mutationen“ bezeichnet und dienten in diesem Fall als eine Art „Gedächtnis“ für Kälte.

Reis wurde ursprünglich in den warmen Gebieten Südostchinas domestiziert. Im Laufe der Geschichte der landwirtschaftlichen Ausbreitung gelangte diese wärmeangepasste Nutzpflanze allmählich nach Norden in kältere Klimazonen. Während dieses Übergangs entwickelten einige Individuen eine Toleranz gegenüber niedrigen Temperaturen und vererbten diese Fähigkeit über ihre Samen an ihre Nachkommen. Um zu verstehen, wie Reispflanzen dies bewerkstelligten, untersuchte Song et alDie Forscher hielten wärmeangepassten Reis während der Blütezeit niedrigen Temperaturen aus, da Reisblüten kälteempfindlich sind. Die Idee war einfach: Wenn die empfindlichen Blüten überleben und weiterhin Samen produzieren, könnten die Elternpflanzen ihre „Erfahrung“ an die Samen weitergeben und so eine Art „lebendiges Gedächtnis“ schaffen. Anschließend sammelten die Forscher die Samen und wiederholten ihre Experimente mit der nächsten Generation. Nach einigen Generationen stellten sie fest, dass manche Pflanzen trotz der Kälte weiterhin große Mengen an Samen produzierten. Dieser Befund deutete darauf hin, dass Pflanzen tatsächlich erlerntes Wissen über Kälte an ihre Nachkommen weitergeben und dieses Wissen nutzen können, um den Ertrag zu sichern.

Seit seiner Domestizierung hat sich der Reis nach Norden ausgebreitet, wo kältere Klimazonen epigenetische Veränderungen begünstigten, die Kältetoleranz ermöglichen. (Adaptiert von) Song et al. 2025, CC BY 4.0.

Lange Zeit schrieben Wissenschaftler und Philosophen die Fähigkeit, Erfahrungen an die nächste Generation weiterzugeben, ausschließlich dem Menschen mit seinem großen Gehirn und seinem außergewöhnlichen Erzähltalent zu, sowie einigen Tieren, die mit ihren Jungen interagieren und ihnen Lebenslektionen vermitteln. Pflanzen hingegen besitzen weder Gehirn noch Nervensystem, und ihre Samen können weit entfernt von den Eltern keimen, ohne dass ein direkter Kontakt besteht. Dies wirft eine wichtige Frage auf: Wie können Pflanzen überhaupt „Erfahrungen“ weitergeben?

Traditionell lautete die Antwort DNA-Mutation oder „Anpassung“.

Die DNA jedes Organismus ist wie ein Kochbuch; sie enthält alle Rezepte – oder Gene –, die zum Aufbau und Erhalt des Organismus notwendig sind. Jedes Gen beeinflusst bestimmte Merkmale, und Veränderungen in der DNA-Struktur, wie Mutationen (das Umschreiben, Hinzufügen oder Löschen des Textes im Kochbuch), können diese Merkmale beeinflussen.

Song et alForscher untersuchten, ob Kältetoleranz bei Reis auf Mutationen in der DNA zurückzuführen ist, indem sie nach Mutationen in kältetoleranten Individuen suchten. Zu ihrer Überraschung war die DNA der kältetoleranten Reispflanzen jedoch identisch mit der ihrer wärmeangepassten Vorfahren; sie fanden keine Mutation. Stattdessen entdeckten sie, dass Reispflanzen die Kältetoleranz durch einen epigenetischen Mechanismus vererbt haben. Durch epigenetische Veränderungen bleibt die Hauptstruktur der DNA – der „Text“ – unverändert, aber die Veränderungen äußern sich in Form kleiner chemischer Veränderungen. Man kann sich das wie Haftnotizen, gelbe Markierungen oder ein Stück Klebeband vorstellen, das den Text abdeckt, ohne ihn zu löschen. Dadurch wird hervorgehoben, welcher Teil des Textes beachtet und welcher übersprungen werden soll.

Song et al. Über mehrere Generationen hinweg wurde Reis während der Blütezeit Kältestress ausgesetzt, um festzustellen, dass Reis seine Erinnerungen weitergeben und so zukünftigen Generationen das Überleben sichern kann. (Adaptiert von) Song et al. 2025, CC BY 4.0.

Epigenetik ist eine bekannte Methode, mit der Pflanzen ihre Erfahrungen bei der Interaktion mit ihrer Umwelt dokumentieren. Sie kann genutzt werden, um „Geschichten“ von Belastungen an die nächste Generation weiterzugeben und gleichzeitig die Entwicklung effektiver Bewältigungsstrategien zu fördern. In einer Studie, die veröffentlicht wurde, … PflanzenmolekularbiologieEin Wissenschaftlerteam fand heraus, dass Gerste, ähnlich wie Reis, ein „Stressgedächtnis“ aufweist. In ihrer Studie stellten sie fest, dass Nachkommen von Pflanzen, die Hitzestress ausgesetzt waren, weniger Chlorophyll produzieren und stattdessen in Chemikalien investieren, die für die Hitzeabwehr notwendig sind. MeinungsartikelForscher vermuten, dass Pflanzen bei Kälte die chemische Zusammensetzung ihrer Zellwände – der Schnittstelle zwischen Pflanzenzellen und ihrer Umgebung – verändern können. Diese Umstrukturierung der Zellwandchemie hilft den Pflanzen, angemessen auf widrige Umweltbedingungen zu reagieren. Sie gehen davon aus, dass die Zellwände diese Erfahrung speichern und als Kurzzeit- oder Langzeitgedächtnis ablegen können.  

Diese Erkenntnisse sind aufregend; sie öffnen nicht nur Türen zur unbekannten Welt der Pflanzenwahrnehmung, sondern sind besonders hilfreich für die Landwirtschaft. Wenn Pflanzen Stresserfahrungen speichern, daraus eine Geschichte erzählen und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber widrigen Umweltbedingungen an die nächste Generation weitergeben können, könnten Wissenschaftler robustere Pflanzensorten entwickeln, ohne die DNA zu verändern. Dieses biologische „Gedächtnis“, auch „ökologisches Gedächtnis“ genannt, ermöglicht es Pflanzen – trotz ihrer Sesshaftigkeit –, aus Erfahrung zu lernen und sich auf zukünftige Herausforderungen vorzubereiten.

In einem sich verändernden Klima könnte sich diese Art von vererbtem Gedächtnis als unschätzbar wertvoll erweisen, wie beispielsweise bei den neu kältetoleranten Sorten, die Song et al. Die Reispflanzen erinnern sich an etwas, das ihren Kindern eine Art Nachricht hinterlässt: „Vergiss deine Jacke nicht, mein Schatz.“ Mit dieser Botschaft helfen sie ihren Nachkommen, neue Gebiete zu erkunden, selbst solche mit raueren Bedingungen. 

DER ARTIKEL:: Song, X., Tang, S., Liu, H., Meng, Y., Luo, H., Wang, B., Hou, X., Yan, B., Yang, C., Guo, Z., Wang, L., Jiang, S., Deng, Cao, X.(2025) Vererbung der erworbenen adaptiven Kältetoleranz bei Reis durch DNA-Methylierung. Zelle, 188(16), S. 4213-4224.e12. Verfügbar um: https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.036.

WEITERLESEN:

Elkelish, A., Alqudah, A., Alhudhaibi, A., Alqahtani, H., Börner, A. und Thabet, S.(2025) Vererbte Ausdauer: Entschlüsselung genetischer Zusammenhänge des transgenerationalen und intergenerationalen Hitzestressgedächtnisses in Gerste. Pflanzenmolekularbiologie, 115(2). Verfügbar um: https://doi.org/10.1007/s11103-025-01571-z.

Shikata, H., Yoshinari, A., Asaoka, M. und Takahashi, D.(2025) Gedächtnis in der Wand: Erweiterung unseres Verständnisses der Rolle pflanzlicher Zellwände. New Phytologist, 249(1), S. 56–72. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1111/nph.70677.https://doi.org/10.1111/nph.70677

Titelbild: Reis, mit freundlicher Genehmigung von Sarah Covshoff. Alle Rechte vorbehalten.