Sekundäre Metaboliten sind die Verbindungen, die eine Pflanze produziert, die keine unmittelbare Rolle beim Wachstum oder der Vermehrung einer Pflanze spielen. Dies wären Dinge wie Pigmente für Blütenblätter oder Abwehrkräfte gegen Pflanzenfresser. Sekundäre Metaboliten sind die Werkzeuge, die Pflanzen die Fähigkeit verleihen, mehr zu tun, als nur passiv in ihrer Umgebung zu sitzen. Aber einige Pflanzen benötigen möglicherweise mehr Werkzeuge als andere. Christopher Hatcher und Kollegen haben dies untersucht Die Funktion von Sekundärmetaboliten in fleischfressenden Pflanzen.

Die Überprüfung geht durch die sekundären Metaboliten, die in fleischfressenden Pflanzen gefunden werden, ähnlich wie es ein Insekt tun würde. Es beginnt also natürlich damit, Nahrung zur Pflanze zu ziehen.

Wie lockt man Beute an?

Hatcher und Kollegen beginnen mit der Untersuchung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs). Dies sind Verbindungen, die bei Umgebungstemperatur zu Gasen werden und oft von Pflanzen verwendet werden, um ihnen ihren Duft zu verleihen. Das Team fand viel Forschung zu VOCs und Pflanzen verwenden Kombinationen aus vielen von ihnen, um ihre eigenen einzigartigen Attraktoren zu produzieren. „Kreuzwieser et al. (2014) identifizierte mehr als 60 verschiedene VOCs, die von freigesetzt wurden Dionaea Muscipula (Venusfliegenfalle)“, schreiben Hatcher und Kollegen. „Ihr Vergleich der VOC-Konzentrationen vor und nach dem Beutefang deutete darauf hin, dass 20 Verbindungen durch die Nachahmung von Frucht- und Blütendüften in direktem Zusammenhang mit der Beuteanziehung standen.“

Die VOC-Produktion ist weit mehr als Gestank und Hoffnung. Wie ein Jäger, der den richtigen Köder für seine Beute auswählt, N. rafflesiana produziert unterschiedliche Düfte, um unterschiedliche Beute in seine Fallen zu locken. Höhere Fallen sind stärker ausgerichtete fliegende Insekten, während niedrigere Fallen Ameisen anlocken.

Die Komplexität von VOCs bedeutet, dass sie entweder mehr als eine Funktion haben oder von anderen Aufgaben zur Anziehung umfunktioniert wurden. Hatcher und Kollegen verweisen auf Forschungsergebnisse, die zeigen, dass einige VOCs Insekten betäuben können, andere Düfte als Insektizide wirken oder bei der Verdauung helfen können.

Zur Pigmentierung weisen die Autoren darauf hin, dass Rot wahrscheinlich nicht auf Wirbellose abzielt, aber sie haben auch ultraviolette Muster. „Andere Funktionen für Fallenpigmente wurden vorgeschlagen, wie Lichtschutz oder Lichtstress, wie in ... gesehen Sonnentau rotundifolia und Nährstoffstress wie in beobachtet Dionaea Muscipula und Sonnentau Spathulata.

Wie fängt man Beute?

Fleischfressende Pflanzen produzieren viele Werkzeuge, um Beute zu fangen. Wachse sind weit verbreitet in Nepenthes, während andere Pflanzen mögen Sonnentau produzieren Klebstoffe, um an der Beute zu haften. roridula hat auch Leim, aber dieser wird auf ganz andere Weise hergestellt. Die produzierten Chemikalien funktionieren, um die Beute zu fangen, aber sie funktionieren nicht isoliert.

Eine der überraschenderen Eigenschaften, die Hatcher und Kollegen bemerken, „Plumbagin ist ein sekundärer Metabolit, der in allen Gattungen der Nepenthales vorkommt und selten außerhalb dieser Pflanzengruppe, obwohl es bei diesen Arten eine spezifische Funktion als Fleischfresser hat ist noch nicht vollständig geklärt.“ Die Autoren stellen fest, dass es am Rand von gefunden wird Nepenthes und kann mit anderen Merkmalen zusammenarbeiten, um eine anästhetische Wirkung auf Beute zu haben. Das Hinzufügen eines Drogeneffekts könnte dazu beitragen, die anderen Merkmale einer Pflanze tödlicher zu machen.“

Sobald die Beute gefangen ist, signalisieren andere Metaboliten, dass die Verdauung beginnen muss. Jasmonate sind eine häufige Chemikalie, die in Abwehrsystemen verwendet wird, und auch häufig zur Signalübertragung in fleischfressenden Pflanzen. Es sind Jasmonate, die eine Reaktion auslösen Sonnentau der Pflanze sagen, wo sie ihr Blatt biegen soll, um ihre Beute zu umgeben.

Wie verdaut man Beute?

Hatcher und Kollegen beginnen die Berichterstattung über Verdauungsmetaboliten, indem sie diskutieren, wie Jasmonate die Produktion von Verdauungsenzymen auslösen. Während die Enzyme helfen, Nährstoffe aufzunehmen, besteht auch die Gefahr, dass die Verdauung auch Krankheitserregern Zugang verschaffen könnte.

Die Autoren betonen die Bedeutung von Naphthochinonen und Phenolen. „Bei nicht fleischfressenden Pflanzenarten wirken diese sekundären Pflanzenstoffe wie antibakterieller Schutz gegen pathogenen Befall von Pflanzengewebe. In fleischfressenden Pflanzen scheinen sie vereinnahmt worden zu sein, um Beute zu konservieren und bei der Verdauung zu helfen, indem sie den Verfall durch Bakterien verhindern und das Pflanzengewebe während des Prozesses des Beuteabbaus schützen.“

Hatcher und Kollegen sagen, dass Plumbagin, wie es an den Rändern der Kannenpflanzen zu finden ist, in jeder Gattung der Nepenthales vorkommt, unabhängig davon, ob die Pflanze eine Kannenfalle hat oder nicht. Sie argumentieren, dass Plumbagin bei der Verdauung die Pflanze vor Krankheitserregern schützt. „Wenn Plumbagin und seine Isomere für den Schutz der Pflanze während der Verdauung oder die Verbesserung der Beuteverdauung von entscheidender Bedeutung sind, würde dies erklären, warum diese Verbindungen unabhängig von der Fallenmorphologie bestehen bleiben.“

Sekundärmetabolite als Werkzeug für die Taxonomie

Während Hatcher und Kollegen viele verschiedene Metaboliten identifiziert haben, gibt es auch einige gemeinsame Chemikalien zwischen verschiedenen Arten. Die Entwicklung verschiedener sekundärer Metaboliten könnte zur Speziation führen, da Pflanzen neue Werkzeuge entwickeln, um Beute anzuziehen und mit ihr umzugehen. Aber auch die Untersuchung des Metaboliten-Artenanteils kann dazu beitragen, evolutionäre Beziehungen zwischen Pflanzen aufzudecken.

„Wir stellen die Hypothese auf, dass die Metabolitendiversität einen Mechanismus für die Evolution von Fleischfressern in Pflanzen lieferte“, schlussfolgern die Autoren, „und dass diese anhaltende Diversität eine schnelle Evolution in neue Umgebungen erleichtert. Aufgrund der mehrfachen unabhängigen Entwicklung von Fleischfressern und der allgemeinen Beschränkung fleischfressender Pflanzen auf Umgebungen mit hohem Stress sind diese Pflanzen ein ideales System, um zu untersuchen, ob die metabolische Diversität ein Weg für die Entwicklung und Erhaltung neuer Merkmale war oder ist.“