Gesunde Pflanzen (2011) 63:39–43 DOI 10.1007/s10343-011-0247-9
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Mitteilungen aus der Presse
Online publiziert: 26. März 2011 © Springer-Verlag 2011
BMBF fördert deutsch-indisches Pilotprojekt in der Pflanzen-Biotechnologie Es ist eine Premiere mit münsterscher Beteiligung: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert in den kommenden vier Jahren das erste deutschindische Verbundprojekt nach dem „2 + 2-Prinzip“. Danach arbeitet ein deutsches Team aus einem universitären und einem industriellen Partner mit einem entsprechenden Team aus einem anderen Land zusammen. Deutscher Partner aus der Wissenschaft bei dem neuen Pilotprojekt ist Prof. Dr. Bruno Moerschbacher vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen an der Universität Münster. Das BMBF stellt den deutschen Partnern insgesamt rund 1,2 Millionen Euro zur Verfügung. Gemeinsam wollen die beteiligten Einrichtungen umweltverträgliche Pflanzenschutzmittel entwickeln, die auch für ressourcenschwache Farmer in ländlichen Regionen Indiens, aber zum Beispiel auch in Afrika und Südamerika zugänglich und erschwinglich sind. Die Idee entstand im Jahr 2007 im südindischen Kerala. Bruno Moerschbacher, Initiator und Koordinator des Projekts, besuchte dort eine Reihe von Gewürz-, Gummi-, Tee- und Kaffee-Plantagen. „Immer wieder zeigte ein indischer Forscherkollege mir Pflanzen, die durch so genannte Eipilze krank geworden waren. Den meist armen Landwirten dort stehen nur kupferbasierte Präparate zur Behandlung der Pflanzen zur Verfügung. Diese sind jedoch nur bedingt wirksam“, erklärt er. „Biologische Bekämpfungsmaßnahmen, an deren Entwicklung die indischen Forscher arbeiteten, erwiesen sich als zu wenig zuverlässig, und auch eine Kombination der biologischen Präparate mit den Kupferfungiziden scheiterte, da das Kupfer die biologischen Präparate – bestimmte mikroskopische Bodenpilze – schädigt.“
Eine Verknüpfung der indischen Ansätze mit Bruno Moerschbachers eigener Forschung soll nun die Lösung bringen. Der münstersche Biotechnologe arbeitet seit Jahren an der Entwicklung von Pflanzenschutzpräparaten auf der Basis von Chitosan, einem Polysaccharid, das aus dem Chitin von Krabbenschalen gewonnen werden kann. Die Projektpartner wollen eine Kombination aus allen drei wirksamen Komponenten – Kupfer, Chitosan und biologische Bekämpfungsmaßnahmen („Biocontrol Agents“, BCA) – entwickeln. Nach den Abkürzungen dieser drei Komponenten ist das Projekt benannt: „CuChi-BCA“. „Da Eipilze – fachsprachlich Oomyceten genannt – auch in Europa als besonders schwer zu bekämpfende Krankheitserreger beispielsweise im Wein- und Kartoffelbau im Mittelpunkt stehen, sind sie ein naheliegendes Thema für ein deutsch-indisches Forschungsprojekt“, betont Dr. Nour Eddine El Gueddari aus der münsterschen Arbeitsgruppe. Während für die extensivere indische und subtropische Landwirtschaft gerade die Kombination mit den kostengünstigen BCA interessant ist, steht für die intensive deutsche und europäische Landwirtschaft die Kombination von Kupfer und Chitosan im Vordergrund. Die Forscher wollen „intelligente“ Chitosan-Nanopartikel entwickeln, die Kupfer nach Bedarf freisetzen und einer langfristigen Kontamination landwirtschaftlicher Flächen durch Kupfer vorbeugen. Deutscher Partner des Projekts ist neben der Arbeitsgruppe von Bruno Moerschbacher die Firma Spiess-Urania, die zu den weltweit führenden Entwicklern und Herstellern moderner kupferbasierter Fungizide zählt. Auf der indischen Seite ist als universitärer Partner die Arbeitsgruppe von Prof. Jatinder Kumar an der University for Agricultural Technology im nordindischen Pant Nagar beteiligt. Als kommerzielle Partner sind der Chitosanproduzent Mahtani Chitosan und der BCA-Produzent SriBiotech an Bord. Das
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indische Pendant des BMBF – das Department of Biotechnology der indischen Regierung – unterstützt die indischen Partner mit 20 Millionen Rupien, was knapp 324 000 Euro entspricht. (idw) Hydrothermale Carbonisierung – vorerst kaum Chancen für die Landwirtschaft Den aktuellen Stand der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) in Bezug auf die Landwirtschaft darzustellen und zu diskutieren, war das Ziel einer Tagung am 27. Januar im Rahmen der Grünen Woche. Rund 130 Teilnehmer folgten der Einladung der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV). Bei HTC handelt es sich um eine Technologie, die bei erhöhten Drücken und Temperaturen aus organischen Materialen in wässriger Phase ein braunkohlenartiges Material erzeugt. Die HTC vollzieht damit die natürliche, sonst Millionen von Jahren in Anspruch nehmende Inkohlung im technischen Maßstab nach. Für die Nutzung der entstehenden festen kohleartigen Phase und der wässrigen Phase werden seitens der Verfahrensentwickler eine Vielzahl von Verwendungen angestrebt, angefangen beim Ersatz fossiler Braunkohle in Kraftwerken über stoffliche Routen bis hin zum Einsatz als Düngemittel oder Bodenverbesserer. Aus den Tagungsbeiträgen wurde deutlich, dass HTC einerseits zwar technisch umgesetzt werden kann und Unternehmen erste großtechnische Anlagen realisieren. Andererseits sind die grundlegenden chemisch-technischen Zusammenhänge noch nicht abschließend erforscht. Daher wird BMELV diesen Fragestellungen u. a. mit Unterstützung der Ressortforschung weiter nachgehen. So ist die Gewinnung land- und forstwirtschaftlich interessanter Stoffe wie Phosphor, Stickstoff oder Alkalien über die wässrige Phase zwar möglich, die zugrunde liegenden Einflussparameter sind jedoch noch nicht abschließend geklärt. Auch über die genauen Auswirkungen der festen Phase auf den Boden und eventuelle Schadstoffgehalte ist erst wenig bekannt. Entsprechend erlauben die rechtlichen Rahmenbedingungen derzeit keinen Einsatz von HTC-Produkten als Düngemittel, Kultursubstrat oder Bodenverbesserer. Eine HTC-Anlage kann heute nur beim Einsatz organischer Abfälle mit Entsorgungserlösen und dem Absatz der festen Produkte als Kohleersatz wirtschaftlich arbeiten. Die Verwendung nachwachsender Rohstoffe ist hingegen derzeit ökonomisch nicht darstellbar. Alle Beiträge der Tagung stehen unter folgendem Link zur Verfügung: www.fnr-server.de/ftp/pdf/literatur/pdf_457index.htm.
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(idw) Wider die Schwarze Sommerfäule: Bio-Äpfel vor Pilzbefall schützen Verbraucher greifen gerne zu ökologisch angebautem Obst. Schließlich kommen bei der Bewirtschaftung keine chemischen Mittel zum Einsatz. Die Obstbauern haben dadurch allerdings vermehrt mit Schaderregern zu kämpfen. Die hierzulande erst seit wenigen Jahren auftretende Schwarze Sommerfruchtfäule ist eine Krankheit, die ihnen momentan besonders zu schaffen macht. Praxistaugliche Bekämpfungsmöglichkeiten gibt es noch nicht, Ernteausfälle von mehr als fünf Prozent sind häufig die Folge. Der Verein Öko-Obstbau Norddeutschland will nun mit der Obstbauversuchsanstalt der Landwirtschaftskammer Niedersachsen in Jork eine umweltschonende Behandlungsstrategie entwickeln, die ohne vermehrten Einsatz von Pflanzenschutzmitteln auskommt und trotzdem wirksam ist. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördert das Vorhaben mit rund 70 000 Euro. Ziel ist, die Maßnahmen nicht nur im ökologischen Obstbau anzuwenden, sondern auch ein Signal an integriert wirtschaftende Betriebe zu senden. Vor allem an der Niederelbe werden Äpfel von der Schwarzen Sommerfruchtfäule befallen, die in Deutschland erst seit August 2007 im Obstbau auftritt. „In Südeuropa und anderen wärmeren Gefilden ist der Erreger bereits seit langem bekannt“, erklärt Dr. Roland Weber von der Obstbauversuchsanstalt Jork. Dass er sich nun auch hierzulande breit macht, könne eine Folge des Klimawandels und der damit verbundenen wärmeren Temperaturen sein, vermutet Weber. Um die Schwarze Sommerfruchtfäule künftig besser bekämpfen zu können, sei eine genaue Untersuchung des Schaderregers dringend notwendig. „Dazu legen wir nun eine Versuchsfläche im zur Stadt Hamburg gehörenden Teil des Alten Landes an“, so Weber. Über drei Jahre sollen hier Tests gemacht werden mit dem Ziel, eine ganzheitliche und vor allem vorbeugende Behandlungsstrategie zu entwickeln. Zunächst soll dem Auslöser des Pilzbefalls entgegen gewirkt werden: den so genannten Fruchtmumien. Diese vertrockneten Äpfel, die nach der Ernte häufig im Baum hängen bleiben, böten Unterschlupf für den Erreger – soviel sei bereits bekannt. Sie sollen in dem Projekt kontinuierlich per Hand entfernt werden. „In Großbetrieben wird darauf aus ökonomischen Gründen häufig verzichtet und stattdessen zur chemischen Variante gegriffen“, erklärt Weber. Doch gerade im ökologischen Anbau dürften solche Mittel nicht eingesetzt werden. Da aber ein Trend zu Bioprodukten zu verzeichnen sei, hält der Biologe eine bessere Hygiene in den Obstbaumplantagen für eine entscheidende Form des Pflanzenschutzes der Zukunft. Wie sich ein solches Ver-
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fahren wirtschaftlich umsetzen lasse, soll ebenfalls in die Analyse einbezogen werden. Als nächster Schritt soll das Immunsystem der Pflanzen gestärkt werden. Der Schlüssel seien hier Tonerde-Präparate, die im Sommer auf die Bäume gespritzt werden. Es soll getestet werden, ob sie zur Abwehr von Pilzen beitragen können. Darüber hinaus steht die Infektionsbiologie des Erregers im Fokus des Vorhabens – sprich wie genau die Infizierung der Äpfel stattfindet. Hierbei soll vor allem dem Zusammenspiel von starken Regenfällen, Sporenflug und Erkrankung der Frucht auf den Grund gegangen werden. Auf Basis der Ergebnisse könne künftig besser vorhergesagt werden, bei welchen klimatischen Bedingungen ein Befall mit der Schwarzen Sommerfruchtfäule droht. An dieser Stelle könne als weitere Maßnahme die Behandlung mit Schwefelkalk-Präparaten greifen. Diese für Bio-Betriebe erlaubten Mittel werden über die Bäume gespritzt und können ebenfalls dazu beitragen, eine Ausbreitung des Erregers frühzeitig einzudämmen. „Aber nur, wenn wir die Infektionsbiologie des Erregers kennen, können wir den Einsatz von Schwefelkalk-Präparaten richtig terminieren und die Mittel gezielt anwenden“, erklärt Weber. Entscheidend sei die Kombination der einzelnen Maßnahmen, betont Bastian Benduhn vom Verein Öko-Obstbau Norddeutschland. „Damit wollen wir aber nicht nur der Schwarzen Sommerfruchtfäule wirksam entgegentreten. Wir möchten auch untersuchen, ob sich mit einem solchen Vorgehen die Bekämpfung anderer, bereits weit verbreiteter Erreger verbessern lässt“, so Benduhn. Auf diese Weise könne künftig vielleicht der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln auch im integrierten Obstbau gemindert und die Umwelt deutlich geschont werden. Ein langfristiger Strategiewechsel hin zu einem vorbeugenden Schutz statt des vermehrten Einsatzes von Chemikalien sei das Ziel. (idw) inFARMING: Landwirtschaft auf dem Dach der Forschung Die Zahl dicht besiedelter Ballungszentren wächst. Weltweit lebt mehr als die Hälfte aller Menschen in Städten. Unbebaute Flächen und Grün sind hier rar. Fassaden und Dächer können in Städten als landwirtschaftliche Nutzflächen dienen. „inFARMING“ heißt das Konzept, das Landwirtschaft in urbane Räume integriert und für das Fraunhofer UMSICHT Konzepte, Materialien und Anbauprozesse entwickelt. Im Fraunhofer-inHaus-Zentrum in Duisburg soll dazu ein Prototyp entstehen.
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Die Stadtfarm der Zukunft: Auf dem Flachdach des fünfgeschossigen Bürogebäudes steht ein Gewächshaus zur Gemüsezucht. Die Gebäudefassade ist vollständig mit Moos bewachsen, um Feinstaub zu binden. Das Wasser wird in einem geschlossenen Kreislauf wiederverwertet, der pflanzliche Abfall und die überschüssige Wärme, z. B. aus den Gebäuden als Energie genutzt. Das Haus steht mitten in der Großstadt. Noch nicht real, aber reales Ziel der gebäudeintegrierten urbanen Landwirtschaft, dem „inFARMING“. Eine mögliche Antwort auf den Mangel an Ressourcen und ländlicher Anbauflächen infolge der schnell wachsenden Weltbevölkerung und zunehmenden Verstädterung. Fraunhofer UMSICHT hat sich zum Ziel gesetzt, Konzepte für gebäudeintegrierte Landwirtschaft auf Gebäudedächern zu entwickeln und entsprechende Techniken und Anbauprozesse zu optimieren. Auf der Konferenz „Greener Cities“ in Vietnam stellte das Institut das Thema kürzlich vor. In Deutschland gibt es rund 1 200 Millionen Quadratmeter an Flachdächern von Nicht-Wohngebieten. Rund 360 Millionen Quadratmeter können davon für den Anbau von Pflanzen in Gewächshäusern genutzt und so rund 28 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr gebunden werden. Das entspricht etwa 80 Prozent der jährlichen CO2-Emissionen von industriellen Betrieben in Deutschland. Von den 11,2 Millionen. Hektar Ackerfläche in Deutschland werden rund 120 000 Hektar (2008) für den Gemüseanbau verwendet. Dies entspricht einer Produktion von 3,5 Millionen Tonnen Gemüse. In Deutschland sind laut Angaben des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung und des Umweltbundesamtes bereits 50 Prozent der Siedlungs- und Verkehrsfläche versiegelt. Täglich kommen etwa 110 Hektar dazu. Die herkömmliche konventionelle Landwirtschaft ist sehr ressourcenintensiv, neben der benötigten Fläche werden weltweit rund 70 Prozent des verfügbaren Trinkwassers verbraucht. Darüber hinaus trägt der Energieverbrauch in der Landwirtschaft mit etwa 14 Prozent zu den weltweiten CO2-Emissionen bei. Aus heutiger Sicht ist auch kein plausibler Weg zu sehen, um zukünftig potentiell zehn Milliarden Menschen auf den Ernährungsstand zu bringen, auf dem sich heute die reiche Welt, und damit circa 1,5 Milliarden Menschen, befindet. „inFARMING“ bietet Ideen und Wege an, deren konkrete Vorteile in weniger Treibhausgasemissionen, einem geringeren Flächenverbrauch und -versiegelung durch Landwirtschaft, minimierten Transportkosten, innerstädtischen Grünflächen und frischeren Produkten, regional und kontrolliert direkt beim Verbraucher erzeugt, liegen. Das Fraunhofer-inHaus-Zentrum in Duisburg ist die in Europa führende Innovationswerkstatt für intelligente Raum- und Gebäudesysteme. Hier wird gerade zusammen mit dem amerikanischen Partner BrightFarm Systems ein Prototyp für das „inFARMING“ entwickelt. Die Forscher
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arbeiten an langfristigen Entwicklungsstrategien für die vertikale Landwirtschaft. Als eines der an diesem Thema forschenden Fraunhofer-Institute optimiert UMSICHT Prozesse bei der Wasserund Energieversorgung. Im Fokus stehen die integrierte Energieversorgung durch Abwärmenutzung, Photovoltaik oder auch Kleinstwindkraftanlagen auf den Dächern. Im Bereich der Wasserversorgung werden die Wasserkreisläufe geschlossen, Schmutzwasser wird mittels Pflanzen gereinigt und wieder genutzt. „Zudem entwickeln wir passende Materialien und Werkstoffe zur Isolierung und zum Brandschutz oder besonders leichte Materialkomponenten. Ebenso integrieren wir vermehrt Biokunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Weitere Schwerpunkte werden Konzepte zur optimalen Flächennutzung und Ernteunterstützung sowie zur Nachhaltigkeitsbewertung sein. Gerade für Supermarktbetreiber kann das inFARMING-Konzept ein interessanter Ansatz für die Planung zukünftiger Filialen sein“, beschreibt Projektleiter Volkmar Keuter die Aktivitäten des Instituts. Wissenschaftler aus den Bereichen Ernähung, Energieund Wasserwirtschaft, Ingenieure und Architekten haben bereits verschiedene Ansätze der gebäudeintegrierten Landwirtschaft umgesetzt wie zum Beispiel in Greenpark Venlo (Venlo), Science Barge (Hudson River), Green Port (Shanghai) oder Greenport India (Bangalore). Projektpartner oder Wirtschaftsunternehmen, die Interesse an der Gestaltung innovativer Lösungen für das inFARMING haben, sind eingeladen, sich dem Projekt anzuschließen und es mitzugestalten. Fraunhofer UMSICHT entwickelt angewandte und industrienahe Verfahrenstechnik. Technische Neuerungen in den Bereichen Umwelt-, Werkstoff-, Prozess- und Energietechnik sind unser Know-how. Die Förderung nachhaltigen Wirtschaftens, umweltschonender Technologien und innovativen Verhaltens unser Ziel. Unser Wunsch: Die Lebensqualität der Menschen zu verbessern und die Innovationsfähigkeit der heimischen Wirtschaft zu fördern. (Fraunhofer UMSICHT) Unauffällige Pilze erweisen sich als allgegenwärtig Pilze der Ordnung Sebacinales sind zwar unscheinbar. Aber in einer von keiner anderen Pilzgruppe übertroffenen Vielfalt leben sie im Boden in für beide Seiten vorteilhaften Symbiosen, so genannten Mykorrhizen, mit Pflanzen, in deren Wurzelwerk sie sich ausbreiten. Seit einiger Zeit ist bekannt, dass nicht alle Sebacinales in dieses Bild passen. In Laborversuchen ist es mit einigen wenigen Arten gelungen, künstlich Symbiosen mit Pflanzenwurzeln zu erzeugen, in denen die Pilze anders als bei typischen Mykorrhizen
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endophytisch wachsen, also ohne äußerlich oder auf der mikroskopischen Ebene sichtbare spezifische Symptome hervorzurufen. Wissenschaftler wurden auf diese spezielle Form der Symbiose aufmerksam, weil sie offenbar der besiedelten Pflanze beim Wachsen helfen oder sie gegen Umweltstress und parasitische Pilze schützen kann. Nun hat sich bei Untersuchungen von Wurzeln wild lebender Pflanzen Überraschendes gezeigt: Endophytisch lebende Sebacinales sind nicht nur weltweit verbreitet, sie finden sich auch in höchst unterschiedlichen Lebensräumen und Wirtspflanzen. „Sebacinales überall“ – mit dieser Überschrift berichtet eine Forschergruppe um den Erstautor Dr. Michael Weiß vom Institut für Evolution und Ökologie, Abteilung Organismische Botanik, der Universität Tübingen in einer aktuellen Veröffentlichung der Online-Fachzeitschrift „PLoS ONE“ über ihre Analysen von 128 Wurzelproben unterschiedlicher Pflanzen aus 27 Familien von vier Kontinenten. Gemeinsam mit Kollegen der Universität Basel, Schweiz, und der Universität von La Réunion, Frankreich, fanden die Wissenschaftler in sämtlichen untersuchten Pflanzenfamilien genetisches Material von Sebacinales – sogar in Proben aus einem Herbarium, die von Expeditionen der Jahre 1830 bis 1840 in Nordafrika stammten. Zu den untersuchten Pflanzen gehörten sowohl Farne und Moose wie Weizen und Mais. Überall fanden die Forscher unter dem Elektronenmikroskop und mit Hilfe von DNAUntersuchungen Sebacinales, sogar in den Wurzeln wild wachsender Exemplare der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), der weltweit bestuntersuchten Modellpflanze der Pflanzengenetiker. Von ihr nahm man bisher an, dass sie keine Symbiose mit Wurzelpilzen eingeht. Die Pilze fanden sich so universell verbreitet, dass weder ein geografisches Verteilungsmuster zu erkennen war, noch eine Vorliebe bestimmter Pilze für bestimmte Wirtspflanzen. „Unsere Untersuchung zeigt: Endophytisch lebende Sebacinales sind keine Einzelfälle“, sagt Michael Weiß. „Das ist ein bisher unbekannter Aspekt der Interaktion dieser Pilze mit Pflanzen. Endophytische Sebacinales sind nicht selten, sondern im Gegenteil extrem verbreitet. Sie spielen möglicherweise eine wichtige, bisher verborgene Rolle in pflanzlichen Ökosystemen.“ Möglicherweise, so Weiß, sei in der Evolution von den endophytischen Sebacinales durch Spezialisierung die ungewöhnlich große Vielfalt der Mykorrhiza-Symbiosen in dieser Pilzgruppe ausgegangen. Weiß und seine Kollegen sehen in dem Ergebnis nicht nur einen faszinierenden Ansatz für die Erforschung der Lebensgemeinschaften von Pflanzen und Pilzen. Ihre Erkenntnis, so schreiben sie, sei durchaus relevant für die angewandte Forschung: „Mit Blick auf die positiven Effekte, die endophytische Sebacinales in kontrollierten Experimenten auf Wachstum, Fruchtbarkeit, und Resistenz ihrer Wirtspflanzen gegen abiotischen Stress und Schadpilze hatten, stüt-
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zen unsere Ergebnisse die Erwartung, dass es in Zukunft möglich sein könnte, Sebacinales zur biologischen Wachstumsförderung und Schädlingskontrolle bei Kulturpflanzen einzusetzen.“ Die Studie: Michael Weiß, Zuzana Sýkorová, Sigisfredo Garnica, Kai Riess, Florent Martos, Cornelia Krause, Franz Oberwinkler, Robert Bauer und Dirk Redecker: Sebacinales Everywhere: Previously Overlooked Ubiquitous Fungal Endophytes. PLoS ONE 6(2): e16793. doi:10.1371/journal. pone.0016793 Kontakt: PD Dr. Michael Weiß Universität Tübingen Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät Institut für Evolution und Ökologie, Organismische Botanik Auf der Morgenstelle 1, 72076 Tübingen Tel.: +49 (0) 7071 29-72610 (Universität Tübingen) Rasante Pflanzen: Beutefang mit Unterdruck Der fleischfressende Wasserschlauch, dessen Beutefalle einer Vakuumkammer ähnelt, nutzt eine der schnellsten Pflanzenbewegungen überhaupt. Ultraschnelle Kameras zeigen im Detail, wovon schon Darwin fasziniert war: Eine fleischfressende Schwimmpflanze, der Wasserschlauch (Utricularia spp.), saugt vorbeitreibende kleinste Beutetierchen per Unterdruck in seine Fressfalle. Möglich wird das durch einen Schnappmechanismus und die spezielle Form des Deckels, der die blasenförmige Fangkammer verschließt, hat nun ein deutsch-französisches Forscherteam die Konstruktion erstmals im Detail beobachtet. Berührt etwa ein vorbeischwimmender Wasserfloh die Kontakthärchen und löst so den Fangmechanismus aus, findet er sich wenige Millisekunden später innerhalb der fest verschlossenen Kammer wieder, berichten die Forscher in den „Proceedings of the Royal Society B“. Damit erreicht der Wasserschlauch die höchste bekannte Geschwindigkeit von Unterwasserpflanzen und eine der höchsten überhaupt, die eine Pflanze erreichen kann. „Die außergewöhnliche Fanggeschwindigkeit – weit oberhalb der menschlichen Beobachtungsgrenze – verhinderte bisher umfassende Untersuchungen“, schreibt das Team um Olivier Vincent und Philippe Marmottant von der Université Grenoble und Thomas Speck und Carmen Weißkopf von der Plant Biomechanics Group des Botanischen Gartens der Universität Freiburg. Die Forscher hatten Hoch-
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geschwindigkeitskameras mit 15 000 Bildern pro Sekunde und verschiedene Mikroskopietechniken eingesetzt, um den Fangmechanismus und vor allem die Verschlussklappe erstmals biophysikalisch und in detaillierter Auflösung zu erforschen. Die rundliche Fangblase des Wasserschlauchs misst nur wenige Millimeter und wird durch eine gekrümmte Klappe wasserdicht verschlossen. Dann pumpen spezielle Drüsen im Laufe mehrerer Stunden das Wasser im Inneren heraus, so dass ein Unterdruck entsteht und sich die Kammerwände nach innen krümmen, also elastische Energie speichern. Die Klappe wölbt sich leicht nach außen, während vier Auslösehaare um sie herum auf Berührung warten, um den Mechanismus auszulösen. In diesem Moment verformt sich der Deckel binnen 2 Millisekunden nach innen und schwingt dann binnen einer weiteren halben Millisekunde in die Kammer – die schnellste bekannte Bewegung von Unterwasserpflanzen – und legt damit die Öffnung frei. Die Kammerwände entspannen sich blitzartig zu ihrer ursprünglichen Form, was das Wasser samt Beute vor der Öffnung mit der 600 fachen Erdbeschleunigung nach innen zieht und auf bis zu 1,5 Meter pro Sekunde beschleunigt. Nach rund 2,5 Millisekunden schwingt der Deckel wieder zurück und verschließt die Kammer. Nanometer große Glaskügelchen im Flüssigkeitsstrom zeigten außerdem, dass die Verwirbelungen beim Einsaugen das Beutetier in der Kammer auch noch nach dem Verdeckeln im Griff haben. Eine Chance auf Entkommen hat nur Beute, die zu groß ist, um durch die Öffnung zu passen. Die Deformation der Kammerklappe ist in mehreren Schritten eine komplette Umkehr ihrer morphologischen Vorkrümmung: Die Krümmungs-Instabilität im Beutefangmodus entlädt sich blitzschnell, exakt und reproduzierbar. Dies untersuchten die Forscher mithilfe von Laser-Fluoreszenzmikroskopie und berechneten das Prinzip via dynamischer numerischer Simulationen und eines Computermodells, das in einem zweiten Paper im Fachblatt „Physical Review E“ erscheint. Der Wasserschlauch kommt vor allem in Sümpfen und Mooren vor und ist mit mehr als 200 Arten die vielfältigste Gattung fleischfressender Pflanzen. Er treibt ohne Wurzeln dicht unter der Wasseroberfläche, nur die Blüten auf langen Stängeln erreichen die Luft. Die Fangblasen, so genannte Utrikel, sitzen an langen, gegabelten Blättern und ähneln kleinen Weintrauben. Als Nahrung dienen der Pflanze kleinste Wassertiere, meist Krebstierchen, Wasserflöhe oder Mückenlarven. (Wissenschaft aktuell)
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