Wie bei den Kakteen: CAM-Photosynthese bei fleischfressenden Pflanzen entdeckt
Fleischfressende Pflanzen der Gattung Pinguicula (Fettkraut) aus Mexiko
betreiben offenbar den gleichen wassersparenden Photosynthese-Weg, wie
dies viele sukkulente Pflanzen, beispielsweise Kakteen oder
Dickblattgewächse tun. Botanikerinnen und Botaniker der SNSB und LMU
München weisen die sogenannte CAM-Photosynthese erstmals für
fleischfressende Pflanzen nach. Das Forscherteam veröffentlichte seine
Erkenntnisse nun in der Fachzeitschrift Plant Biology.
Die meisten fleischfressenden Pflanzen besiedeln nasse, nährstoffarme
Lebensräume wie Moore oder Sümpfe. Eine der wenigen Ausnahmen ist die
Gattung Pinguicula, das sogenannte Fettkraut: über die Hälfte der ca. 110
weltweit bekannten Fettkraut-Arten stammen aus den Bergregionen des
subtropischen Mexikos. Dort besiedeln die kleinen fleischfressenden
Pflanzen Felsböden, welche die überwiegende Zeit des Jahres sehr trocken
sind. Einige dieser Arten teilen sich ihren Lebensraum mit anderen
typischen „Wüstenpflanzen“ wie Kakteen, Agaven und Hechtias. Fettkräuter
besitzen sogenannte Klebefallen, d.h. ihre Blätter sind mit kleinen
Drüsenhaaren besetzt, welche klebrige, glitzernde Tropfen eines
wasserbasierten Fangschleims ausscheiden.
Unbekannt war bisher, wie die Pflanzen den Wassermangel an ihren trockenen
Wuchsorten ausgleichen und zusätzlich noch Wasser für die Produktion des
Fangschleims übrig haben. Ein Forscher-Team der zu den Staatlichen
Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns gehörenden Botanischen
Staatssammlung und des Botanischen Gartens München-Nymphenburg sowie der
LMU München hat dies nun an mehreren mexikanischen Fettkraut-Arten
untersucht, die in den Gewächshäusern des Botanischen Gartens kultiviert
werden. Die Versuche wurden von Joris Fleck im Rahmen seines
Masterstudiums an der LMU München durchgeführt. Er hat die Pflanzen aus
ihrem „Wohlfühlbereich“ im Gewächshaus in Klimakammern überführt, in
welchen die Wuchsbedingungen zur Trockenzeit Mexikos simuliert wurden.
Untersucht wurde die Photosynthese der Pflanzen unter Hitze- und
Trockenstress. Das Ergebnis hat überrascht: Fettkräuter passen ihren
Stoffwechsel offenbar an die Trockenheit an. Sie wechseln zur sogenannten
CAM-Photosynthese (CAM = Crassulacean Acid Metabolism oder Crassulaceen-
Säurestoffwechsel), die man von vielen trockenheitsverträglichen Gewächsen
kennt. Bei diesen Pflanzen bleiben die Spaltöffnungen der Blätter tagsüber
geschlossen, so dass zwar kein CO2 zur Photosynthese aufgenommen wird, die
Pflanzen aber so am trockenheißen Tag auch kein Wasser durch Verdunstung
verlieren. Erst nachts öffnen sich die Spaltöffnungen und die Pflanze
„atmet“ CO2 ein, welches gespeichert wird. Tagsüber wird auf diesen
Kohlenstoffvorrat aus der Nacht zurückgegriffen.
„Mit diesen Ergebnissen hatten wir nicht gerechnet. Den CAM-Photosynthese-
Weg kannten wir bislang nicht bei fleischfressenden Pflanzen, auch nicht
unter den Wasserschlauchgewächsen, zu denen die Fettkräuter gehören“, sagt
Studienleiterin Professor Gudrun Kadereit, Direktorin der Botanischen
Staatssammlung und des Botanischen Gartens München sowie
Lehrstuhlinhaberin für Systematische Botanik an der LMU München. „Damit
kennen wir nun bereits 39 verschiedene Pflanzenfamilien, in denen sich die
CAM-Photosynthese unabhängig voneinander entwickelt hat.“
Mit Blick auf den Klimawandel könnte die Gattung Pinguicula eine
interessante Studiengruppe für weitere Untersuchungen darstellen. Diese
fleischfressenden Pflanzen haben sich im Laufe ihrer Evolution von
feuchtigkeitsliebenden Sumpfpflanzen zu trockenheitsverträglichen Arten
entwickelt. „Bisher haben wir CAM-Photosynthese nur bei Fettkrautarten aus
den entwicklungsgeschichtlich jungen, mexikanischen Verwandtschaftsgruppen
der Pinguicula Sektionen Agnata und Orcheosanthus nachweisen können, nicht
jedoch bei anderen verwandten Arten innerhalb der Gattung“, berichtet
Karnivorenexperte Dr. Andreas Fleischmann von der Botanischen
Staatssammlung München. „Die bei uns in Europa in den Alpen auf feuchten
Quellböden und in Kalkflachmooren vorkommenden Fettkrautarten zeigten in
den Untersuchungen keine Anzeichen dieser spezialisierten Photosynthese.“
Die aktuellen Forschungsergebnisse zeigen die Bedeutung von
Lebendsammlungen in Botanischen Gärten für die Wissenschaft, denn diese
Studie wäre ohne die reichhaltige Sammlung an kultivierten
fleischfressenden Pflanzen im Botanischen Garten München-Nymphenburg nicht
möglich gewesen.
