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Pflanzen zwingen Pilzpartner zu fairem Verhalten

14.04.2016

Pflanzen reagieren intelligent auf ihre Umwelt: Wenn sie die Wahl zwischen kooperativen und weniger kooperativen Pilzpartnern haben, versorgen sie letztere mit weniger Nahrung und zwingen sie damit zu verstärkter Kooperation. Aufgrund dieser Ergebnisse glauben die Wissenschaftler, dass auch Pflanzen zum Testen von Markt- und Verhaltenstheorien herangezogen werden könnten.

Funktionieren Pflanzen nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten? Sie tun es, wenn sie mit unterschiedlich gut kooperierenden Pilzpartnern vergesellschaftet sind. «Kohlenhydrate gegen Phosphate» lautet der Deal zwischen Pflanzen und Mykorrhiza-Pilzen, die sich nur in Gemeinschaft mit einem Partner ernähren können: Die Pflanze liefert dem Pilz Kohlenhydrate und wird von ihm in der Währung Phosphate «bezahlt». Zusätzliche Phosphate sind für die Pflanze hochattraktiv – sie ermöglichen ihr ein stärkeres Wachstum.


Von Arbuscular Mycorrhizal Fungi befallene Pflanzenwurzeln.

(Bild ©UZH)

Gute Partner zwingen schlechtere zu Leistungssteigerung

Spannend wird es, wenn eine Pflanze mit unterschiedlich kooperativen Pilzpartnern vergesellschaftet ist: einem «geizigeren», der pro gelieferte Kohlenhydrat-Einheit weniger Phosphate abliefert, und einem «grosszügigeren», der für seine Ernährung mit mehr Phosphaten «bezahlt».

«In einem solchen Fall kann sich die Pflanze entscheiden, dem geizigeren Partner gezielt weniger Kohlenhydrate zur Verfügung stellen», fassen die Öekologen Pascal Niklaus und Bernhard Schmid von der Universität Zürich die Resultate ihrer neuen Studie zusammen.

Mehr noch: Indem die Pflanze die Nahrungslieferung für ihren weniger kooperativen Pilzpartner drosselt – ihn quasi «aushungert» – bringt sie ihn dazu, ihr mehr von den begehrten Phosphaten zu liefern. Auf diese Weise wird der Partner dazu gebracht, ihr etwa gleichviel wie der grosszügigere Pilz zurückzugeben.

Dazu Andres Wiemken von der Universität Basel: «Die Pflanze nutzt die Konkurrenzsituation der beiden Pilze gezielt aus und löst einen quasi marktwirtschaftlichen Prozess aus, der von Preis und Leistung bestimmt wird».

Aufgrund dieser völlig neuen Einsicht in das Verhalten und die Entscheidungsfähigkeit von Pflanzen glauben die Forschenden, dass Pflanzen sich zum Testen allgemeiner marktwirtschaftlicher Theorien eignen würden. «Da Pflanzen ihre Entscheide aufgrund physiologischer Prozessen fällen und somit nicht durch subjektives Denken vom optimalem Verhalten abgelenkt werden, könnten sie sogar die besseren Modelle als Tiere und Menschen darstellen», sagt Bernhard Schmid von der Universität Zürich.

Bessere Produktivität dank Mykorrhiza-Pilzen

Die von Syngenta im Rahmen des «Plant Decision Making»-Projekts am «Zurich-Basel Plant Science Center» finanzierte Grundlagenforschung liefert ebenfalls praktische Erkenntnisse für die Agrarwirtschaft. «Mykorrhiza-Pilze steigern die Nachhaltigkeit und Produktivität von Agrarökosystemen», führt Bernhard Schmid aus. Es ist daher zentral, in der Landwirtschaft eine möglichst grosse Vielfalt an Mykorrhiza-Pilzen für die Zukunft zu erhalten.

Uralte Lebensgemeinschaft von Pflanzen und Mykorrhiza-Pilzen

Mykorrhiza-Pilze können nur in Gegenwart eines Pflanzenpartners leben, da sie selbst nicht in der Lage sind, sich zu ernähren. Der Pilz dringt mit seinen Fäden in das Wurzelwerk der Pflanze ein und wird von dieser mit Kohlenhydraten versorgt. Sie tut dies nicht uneigennützig, denn der Pilz beliefert sie mehr oder weniger grosszügig mit Phosphaten und anderen Nährstoffen. Dieser natürliche Dünger ist für das Pflanzenwachstum ausschlaggebend, so dass die Gemeinschaft mit einem Mykorrhiza-Pilz von Vorteil ist, auch wenn dieser nicht immer optimal kooperiert.

Die Gemeinschaft zwischen Pflanzen und Mykorrhiza-Pilzen existiert weltweit seit über 400 Millionen Jahren. Solche Pflanzen-Pilz-Systeme werden in einer nachhaltigeren Landwirtschaft in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.

Literatur:
Alicia Argüello, Michael J. O. Brien, Marcel G. van der Heijden, Andres Wiemken, Bernhard Schmid und Pascal A. Niklaus. Options of partners improve carbon for phosphorus trade in the arbuscular mycorrhizal mutualism. April 14, 2016. Ecology Letters, doi: 10.1111/ele.12601

Weitere Informationen:

http://www.media.uzh.ch/de/medienmitteilungen/2016/Pflanzen-Pilzpartner.html

Melanie Nyfeler | Universität Zürich

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