Hohe Leistung, schlechte Verteidigung – Pflanzen im Dilemma

Pflanzen stehen auf dem Speiseplan von vielen Insekten und Säugetieren. Als Schutz vor Frassfeinden entwickelten sie im Laufe der Evolution komplexe Verteidigungsmechanismen: Stacheln, Dornen, Blatthaare und eine ganze Reihe giftiger chemischer Substanzen. Seit Jahrzehnten wird kontrovers diskutiert, ob die Ausbildung von Verteidigungsmechanismen mit Kosten für die Pflanzen verbunden ist. Jetzt weisen Ökologen und Pflanzenbiologen der Universität Zürich zusammen mit ihren amerikanischen Kollegen in einem in den Proceedings of the Royal Society erschienenen Artikel diese Kosten mit einer neuen Methode exakt nach.

Für ihre Untersuchungen pflanzten die Forscher verschiedene sogenannte Knockout-Mutanten des gleichen Genotyps der Modellpflanze Arabidopsis thaliana – «Knockout-Mutanten» genannt, weil bei ihnen ein oder mehrere spezifische Gene gezielt ausgeschaltet wurden, was Erkenntnisse über deren Funktion ermöglicht. Die Forscher ernteten dann in regelmässigen Abständen einen Teil der Pflanzen, um das Biomassewachstum über das gesamte Pflanzenleben zu bestimmen. «Mutanten mit unterdrückten Verteidigungsmechanismen zeigten eine erhöhte Wachstumsrate», erläutert Tobias Züst die Resultate seiner Studie. Doch das schnelle Wachstum hat seinen Preis: Blattläuse vermehren sich auf ihnen schneller als auf Pflanzen mit intakten Verteidigungsmechanismen. Dies hängt damit zusammen, dass den Schädlingen bei schnell wachsenden Pflanzen in der gleichen Zeit mehr Ressourcen zur Verfügung stehen als bei langsam wachsenden Pflanzen.

Die Studie zeigt, dass natürliche Schädlingsresistenz oft nicht mit schnellem Wachstum vereinbar ist. Dieser Sachverhalt ist im Hinblick auf landwirtschaftlich genutzte Pflanzen von grosser Bedeutung: Nutzpflanzen sind meist auf Massenertrag hin selektioniert worden, besitzen deshalb kaum noch natürliche Schädlingsresistenzen und erfordern damit den erhöhten Einsatz von Insektiziden.

Literatur:
Tobias Züst, Bindu Joseph, Kentaro K. Shimizu, Daniel J. Kliebenstein and Lindsay A. Turnbull: Using knockout mutants to reveal the growth costs of defensive traits, in: Proceedings of the Royal Society B, 2011, Jan. 26, doi:10.1098/rspb.2010.2475.
Kontakt:
Tobias Züst, Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften, Universität Zürich, Tel. +41 44 635 61 05, E-Mail: tobias.zuest@ieu.uzh.ch