Nicht alle Pflanzen leben von Licht und Luft allein

"Epiparasitic plants specialized on arbuscular mycorrhizal fungi"

(1) Department of Plant & Microbial Biology, University of California, Berkeley, California 94720-3102, USA
(2) Institute of Botany, University of Basel, Hebelstrasse 1, 4056 Basel, Switzerland
(3) Instituto Multidisciplinario de Biologia Vegetal, C.C. 495, Cordoba 5000, Argentina
(4) Department of Animal & Plant Sciences, University of Sheffield, Sheffield S10 2TN, UK
* These authors contributed equally to this work

Siehe auch den begleitenden News&Views-Artikel von David Hibbett!

Hintergrund:

Pflanzen zeichnen sich normalerweise dadurch aus, dass sie durch Photosynthese Kohlenhydrate (Stärke, Zucker etc.) aus dem Kohlendioxid der Luft herstellen (autotrophe Lebensweise). Dadurch stehen sie am Anfang der Nahrungskette. Andere Organismen mit heterotropher Lebensweise (Menschen, Tiere, Pilze, viele Bakterien) benötigen diese Kohlenhydrate zum Leben, da sie sie nicht selbst aus Kohlendioxid herstellen können.

Es ist schon lange bekannt, dass bestimmte Pflanzen ganz oder teilweise von der autotrophen "selbstständigen" Lebensweise abgekommen sind, und zu Parasiten wurden. Dies äussert sich darin, dass diese Pflanzen kein Blattgrün (Chlorophyll) mehr bilden. Einige bilden spezielle Saugorgane aus, mit denen sie andere, grüne Pflanzen anzapfen, wie z. B. die Sommerwurz (Orobanche).

Einige nicht-grüne Pflanzen besitzen aber keine solch offensichtlichen Organe, um direkt auf ihren grünen Nachbarn zu schmarotzen. Bei diesen wurde gezeigt, dass sie Pilze ausnutzen, die mit grünen Pflanzen in einer Lebensgemeinschaft (Symbiose) stehen, die man als Mycorrhiza (="Pilz-Wurzel") bezeichnet. In der Mycorrhiza lässt die Pflanze ihre Wurzeln von Pilzen besiedeln, versorgt diese mit Zucker und lässt sich dafür vom Pilz mit Mineralsalzen aus dem Boden beliefern. Mycorrhiza ist also normalerweise für beide Partner von Vorteil, dementsprechend sind solche Symbiosen in vielen Varianten weit verbreitet. Einige nicht-grüne pflanzliche Schmarotzer beherbergen in ihren Wurzeln symbiontische Pilze, die in Verbindung mit benachbarten grünen Pflanzen stehen. Ueber die Pilze beziehen sie Kohlenhydrate von den grünen Pflanzen. Sie sind also indirekte Parasiten (Epiparasiten) auf diesen grünen Pflanzen, indem sie dem Pilz vortäuschen, eine Mycorrhiza-Lebensgemeinschaft mit ihm einzugehen. Dieses Phänomen nennt man Myco-Heterotrophie.

Die bekanntesten Vertreter der myco-heterotrophen Lebensweise sind einige Orchideen, die kein Blattgrün besitzen sowie die Familie der Monotropaceen (Fichtenspargel-Gewächse). Diese Pflanzen beziehen ihre Kohlenhydrate aus der Lebensgemeinschaft zwischen Bäumen und Pilzen, deren bekannteste Vertreter für ihre Fruchtkörper bekannt sind, z. B. Fliegenpilz und Steinpilz. Diese Gemeinschaft bezeichnet man als Ekto-Mycorrhiza.

In vielfältiger Hinsicht verschieden von der Ekto-Mycorrhiza und viel weiter verbreitet ist aber die Arbuskuläre Mycorrhiza. Diese Gemeinschaft wird von einer grossen Mehrheit aller Pflanzen gebildet. Die pilzlichen Partner dabei sind relativ unspektakuläre Bodenpilze (Glomeromycota), die zwar charakteristische Sporen, aber keine grossen Fruchtkörper bilden. Es wurde zwar vermutet, dass es auch in dieser Lebensgemeinschaft Pflanzen gibt, die über pilzliche Symbionten ihre grünen Nachbarn anzapfen, der endgültige Beweis stand aber noch aus.

Bislang gibt es keine Beweise für wirkliche Wirts-Spezifität in der Arbuskulären Mycorrhiza. Das heisst, prinzipiell sollte jede Pilz-Art mit jeder Pflanze eine Gemeinschaft eingehen können.

Was ist neu und bemerkenswert in dieser Studie?

Die Wurzeln von nicht-grünen Pflanzen aus drei Gattungen wurden untersucht: a) Arachnitis, b) Voyria und Voyriella. Sie kommen aus zwei sehr unterschiedlichen Lebensräumen: a) Wald der gemässigte Breiten in Argentinien und b) tropischer Regenwald in Guyana. Die Pflanzen stammen aus zwei Familien, die nicht nah miteinander verwandt sind: a) Corsiaceae: Orchideen- oder Lilien-Verwandte aus den Einkeimblättlern, b) Enziangewächse aus den Zweikeimblättlern. Um die Pilze innerhalb der Wurzeln zu identifizieren, wurden charakteristische Gene der Pilze benutzt. Dabei werden diese Gene zuerst im Reagenzglas vervielfältigt (Polymerase-Kettenreaktion) und dann stammesgeschichtlich ausgewertet.

-In den Wurzeln beider Pflanzenfamilien wurden Pilze identifiziert, die in die Gruppe der Arbuskulären Mycorrhizapilze (AM-Pilze) gehören.
-Die Wurzeln von Arachnitis uniflora enthielten immer nur eine Art von Arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen, obwohl die verschiedenen untersuchten Pflanzenstandorte bis zu 70 km auseinanderlagen. Die Wurzeln benachbarter grüner Pflanzen enhielten ebenfalls diese Art, sowie einige zusätzliche Arten.
-Wurzeln von Voyriella parviflora enhielten ebenfalls nur einen AM-Pilz. Die untersuchten Arten von Voyria enthielten hauptsächlich AM-Pilze einer Verwandtschaftsgruppe, aber auch andere. Interessanterweise enthielten Voyria und Voyriella nie dieselben Symbionten, auch wenn sie am selben Standort vorkamen.

Dies bedeutet:
-dass sich offensichtlich auch die weit verbreiteten AM-Pilze von manchen Pflanzen um Kohlenhydrate betrügen lassen. Das deutet darauf hin, dass Kohlenhydrate in dieser Lebensgemeinschaft in beiden Richtungen ausgetauscht werden können, dass also keine Einbahnstrasse von der Pflanze zum Pilz existiert.
-dass es auch in der arbuskulären Mycorrhiza sehr starke Wirtsspezifität geben kann und sich die Pflanzen offensichtlich auf bestimmte Pilze spezialisieren
-Für AM-Pilze wurde bereits vorher gezeigt, dass sie einen Einfluss auf die Zusammensetzung von Pflanzen-Gesellschaften haben können. Als mögliche Wirkungsmechanismen dafür kommen in Zukunft sowohl Wirts-Spezifität als auch der Kohlenhydrattransport zwischen den Pflanzen in Frage.

(DR 25.9.02)

Offensichtlich lassen sich manche Pilze einfacher ausbeuten als andere. Eine interessante Frage ist, was ihnen eigentlich vorgegaukelt wird.

(©D. Redecker 2002)

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