Neueste Forschungen haben ergeben, dass sich beim Kontakt der Blätter von Pflanzen untereinander ein biologisches Signalnetzwerk bildet, das frühzeitig vor Umweltstress an „Nachbarn“ warnt und so die Widerstandsfähigkeit der gesamten Pflanzengruppe gegen Stress wie starkes Licht deutlich verbessert.Fähigkeit. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass dieses Phänomen voraussichtlich unser traditionelles Verständnis der Beziehung zwischen Pflanzen verändern wird – sie sind nicht nur Konkurrenten, sondern drängen sich auch in rauen Umgebungen „zusammen, um Wärme zu spenden“.
Die Forschung wurde vom Team des Botanikers Ron Mittler von der University of Missouri abgeschlossen. Das Papier wurde auf der Preprint-Plattform BioRxiv veröffentlicht, aber noch nicht einem Peer-Review unterzogen. Als Objekt wählten sie die Modellpflanze Arabidopsis thaliana und teilten die Pflanzen in zwei Gruppen ein: Eine Gruppe wurde sehr nahe beieinander gepflanzt, sodass die Blätter Kontakt zueinander hatten, und die andere Gruppe wurde in einem gewissen Abstand gepflanzt, um zu verhindern, dass sich die Blätter gegenseitig berührten.
Nachdem sie diese „Blattkette“ etabliert hatten, setzten die Forscher die beiden Pflanzengruppen hochintensivem Licht ähnlich starkem Sonnenlicht aus und beurteilten dann den Grad der Schädigung durch Messung des Elektrolytaustritts und des Anthocyangehalts in den Blättern. Je größer der Austritt von Elektrolyten ist, desto gravierender ist die Schädigung der Zellmembran und die Anreicherung von Anthocyanen ist ein typischer Indikator dafür, dass Pflanzen unter Lichtstress leiden.
Die Ergebnisse zeigten, dass Pflanzen, deren Blätter miteinander in Kontakt standen, weniger Blattschäden aufwiesen, eine geringere Anreicherung von Anthocyanen aufwiesen und eine höhere Resistenz gegen Lichtstress zeigten; Im Gegenteil, Pflanzen, die alleine wuchsen und nicht miteinander in Kontakt standen, wiesen deutlich höhere Anthocyanwerte und schwerwiegendere Schäden auf. Wenn man einer der Pflanzen Stimulation oder Stress ausübt, sendet das laut Mittler ein Signal an alle Pflanzen, mit denen sie in Kontakt kommt, was dazu führt, dass Einzelpersonen im gesamten „Touch-Netzwerk“ toleranter werden.
Bereits im Jahr 2022 haben Untersuchungen gezeigt, dass miteinander in Kontakt stehende Pflanzen elektrische Signale zwischen oberirdischen Teilen übertragen können. Auf dieser Grundlage wurde in dieser Arbeit weiter gefragt: Reicht die bloße „Berührung“ allein aus, um die Stressresistenz der Pflanzen zu erhöhen? Um den Mechanismus dahinter aufzudecken, führte das Team genetisch veränderte Mutanten ein, die nicht in der Lage waren, chemische Signale normal zu übertragen, und entwarf eine „Signalkette“, die aus drei Pflanzen besteht: dem „Sender“, der das Signal sendet, dem „Vermittler“ in der Mitte und dem „Empfänger“ am Ende.
Als die Zwischenpflanze durch einen Wildtyp ersetzt wurde, konnten die Endempfänger einen Schutz vor Lichtstress erlangen; Als der Vermittler durch einen defekten Mutanten ersetzt wurde, verloren die Endpflanzen diese Schutzschicht, was darauf hindeutet, dass die chemische Signalübertragung zwischen Kontakten für eine verbesserte Stressresistenz entscheidend ist. Dieser Versuchsaufbau weist auch auf die Schlüsselrolle von Wasserstoffperoxid hin: Die damit verbundene Sekretion gilt als zentraler Faktor bei der Verbesserung der Widerstandskraft von Pflanzenpopulationen.
Die traditionelle Ansicht ist, dass Pflanzen eher eine Konkurrenzbeziehung darstellen – sie konkurrieren um Platz, Licht und Nährstoffe. Mittler schlug eine evolutionäre „Kompromiss“-Perspektive vor: In Situationen mit vielen Raubtieren und hohem Umweltdruck kann das Zusammenwachsen in Gruppen und die Aufrechterhaltung von Körperkontakt zu einer insgesamt besseren Überlebensfähigkeit führen; In einer idealen Umgebung mit nahezu keinem Druck und ausreichenden Ressourcen kann der alleinige Anbau dazu beitragen, die Ressourcennutzung zu maximieren.
Piyush Jain, ein Pflanzenbiologe an der Cornell University, der an der Studie beteiligt war, kommentierte, dass das in dieser Studie gewählte experimentelle Design „durchdacht und genial“ sei und dazu beigetragen habe, die Kommunikationswege zwischen oberirdischen Pflanzen, die noch relativ unbekannt sind, weiter zu erforschen. Er wies darauf hin, dass das Design eine Antwort auf eine seit langem bestehende Frage sei: Welche Rolle spielen chemische und elektrische Signale für die Fähigkeit von Pflanzen, übermäßigem Lichtstress zu widerstehen?
Obwohl sich die Studie noch im Vordruckstadium befindet und ihre Schlussfolgerungen noch durch weitere unabhängige Experimente überprüft werden müssen, hat sie neue Hinweise darauf geliefert, wie Pflanzen unter Umweltstress „einander unterstützen“. Wenn die relevanten Mechanismen weiter geklärt werden, könnten Menschen möglicherweise in der Lage sein, das „natürliche gemeinsame Abwehrsystem“, das durch den Kontakt zwischen Pflanzen in der landwirtschaftlichen Bepflanzung und beim Anbau von Kulturpflanzen entsteht, bewusster zu nutzen.