Pflanzen „spionieren“ ihre Nachbarn aus und riechen an ihnen, um um Licht zu konkurrieren und ihr Wachstum zu steuern

Pflanzen verfügen über ein komplexes Kommunikationsnetzwerk, das weitaus ausgefeilter ist, als bisher angenommen.

Die im Journal of Experimental Botany veröffentlichte Studie hat gezeigt, dass diese Kommunikation über sogenannte flüchtige organische Verbindungen (VOCs) erfolgt – chemische Stoffe, die Pflanzen ständig abgeben und die von in der Nähe befindlichen Exemplaren wahrgenommen werden können.

Bislang hatten sich die meisten Studien darauf konzentriert, wie beschädigte Pflanzen Alarmsignale aussenden, um vor Angriffen pflanzenfressender Insekten oder Stresssituationen zu warnen. Die neue Forschung zeigt jedoch, dass auch vollkommen gesunde Pflanzen Informationen austauschen, die für ihr Überleben und ihre Entwicklung relevant sind.

Wie Pflanzen ihre Konkurrenten wahrnehmen

Flüchtige organische Verbindungen sind Moleküle auf Kohlenstoffbasis, die leicht verdampfen und sich in der Umwelt verteilen. Sie erfüllen nicht nur ökologische Funktionen, sondern sind auch für viele der Düfte verantwortlich, die in Blumen, Früchten und Blättern zu finden sind, und finden Anwendung in Branchen wie der Parfümerie, der Kosmetikindustrie und der Lebensmittelindustrie.

„Gesunde Pflanzen geben ständig ihren eigenen chemischen Fingerabdruck an die Luft ab, und benachbarte Pflanzen nutzen diese Informationen, um nicht nur ihre Abwehrmechanismen, sondern auch ihre gesamte Wachstumsstrategie anzupassen“, erklärte der Wissenschaftler. Für Forscher funktioniert dieser Prozess wie ein ständiger Austausch zwischen Pflanzen, die denselben Lebensraum teilen.

Versuche mit verschiedenen Gerstensorten

Um dieses Phänomen zu untersuchen, arbeitete das Team mit drei Gerstensorten (Hordeum vulgare) mit unterschiedlichen Wachstumsraten: Fairytale, eine langsam wachsende Sorte; Luhkas, eine Sorte mit mittlerem Wachstum; und Salome, die sich durch schnelles Wachstum auszeichnet.

Unter kontrollierten Laborbedingungen wurden die Pflanzen den chemischen Emissionen jeder dieser Sorten ausgesetzt. Nach einer Beobachtungsdauer von 25 Tagen bewerteten die Wissenschaftler die physikalischen Veränderungen an Blättern, Stängeln und Wurzeln und untersuchten zudem Veränderungen in der Genexpression.

Die Ergebnisse zeigten ein eindeutiges Muster. Pflanzen, die Signalen von schnell wachsenden Sorten ausgesetzt waren, beschleunigten ihr eigenes Wachstum, während diejenigen, die Signale von langsam wachsenden Pflanzen wahrnahmen, ihre Wachstumsrate verlangsamten.

Auffällig ist, dass diese Anpassung nicht auf einen bestimmten Teil der Pflanze beschränkt war. Der Effekt war in ihrer gesamten Struktur einheitlich zu beobachten, was auf eine integrierte Reaktion auf die aus der Umgebung empfangenen Informationen hindeutet.

Genetische Veränderungen und Überlebensstrategien

Molekulare Analysen ergaben, dass die beobachteten Veränderungen in direktem Zusammenhang mit Veränderungen in der Aktivität zahlreicher Gene standen.

Als die Pflanzen die chemischen Signale von „Fairytale“, der langsam wachsenden Sorte, wahrnahmen, wurden Gene aktiviert, die mit Stressreaktionen und Abwehrmechanismen gegen Pflanzenfresser in Verbindung stehen. Gleichzeitig nahm die Aktivität von Genen ab, die mit dem Zelltransport und der DNA-Replikation zusammenhängen.

Im Gegensatz dazu führte die Exposition gegenüber den von der schnellwachsenden Sorte „Salome“ abgegebenen Verbindungen zu einem gegenteiligen Effekt: Prozesse, die mit Wachstum und Entwicklung zusammenhängen, wurden begünstigt.

Zu den wichtigsten Molekülen, die die Forscher identifiziert haben, zählen Benzylnitril, Linalool und Octanal. Diese Verbindungen werden mit blumigen und zitrusartigen Düften sowie mit bestimmten erdigen oder metallischen Aromen in Verbindung gebracht, die Teil der komplexen Chemie von Pflanzen sind.

Ein Phänomen, das im gesamten Pflanzenreich weit verbreitet sein könnte

Die Autoren sind der Ansicht, dass diese Fähigkeit, chemische Signale aus der Umwelt zu interpretieren, weitaus häufiger vorkommen könnte als bisher angenommen.

„Pflanzen setzen von Natur aus Gemische flüchtiger Verbindungen frei, und es liegt nahe, dass sie nach Millionen von Jahren des Zusammenlebens die Fähigkeit entwickelt haben, diese Signale wahrzunehmen“, sagte Ninkovic. Dem Forscher zufolge ist diese Art der Interaktion wahrscheinlich im gesamten Pflanzenreich weit verbreitet, wenn auch je nach Art in unterschiedlichem Ausmaß.

Diese Entdeckung eröffnet neue Forschungsansätze dazu, wie Pflanzen Entscheidungen treffen, um Ressourcen konkurrieren und ihre Wachstumsstrategien anpassen. Sie könnte auch zukünftige Anwendungen in der Landwirtschaft finden, indem sie es ermöglicht, Nutzpflanzen durch die Steuerung natürlicher chemischer Signale, die die Pflanzenentwicklung beeinflussen, zu optimieren.

Quellenhinweis:

André Åbonde, Merlin Rensing, Jannicke Gallinger, Vasti Thamara Juárez-González, Iris Dahlin, Dimitrije Markovic, German Martinez, Velemir Ninkovic, Volatiles Released by Undamaged Plants Mediate the Adaptive Growth Strategies in Neighbors, Journal of Experimental Botany, 2026;, erag252, https://doi.org/10.1093/jxb/erag252