Pflanzenvielfalt prägt die chemische Kommunikation

In Feldversuchen auf unterschiedlich artenreichem Grünland zeigte sich, dass Pflanzengemeinschaften mit einer größeren Vielfalt an Pflanzenarten reichhaltigere und komplexere Geruchssignale aussenden. Nimmt die Vielfalt ab, verändern sich diese chemischen Signale. Dadurch werden die Interaktionen in der gesamten Gemeinschaft neu gestaltet. Einzelne Pflanzen wie beispielsweise der Spitzwegerich werden indirekt durch die von ihren Nachbarn abgegebenen Gerüche beeinflusst. Diese Ergebnisse zeigen, dass Biodiversität mehr als nur Artenreichtum umfasst, da sie die unsichtbaren chemischen Kommunikationsnetzwerke innerhalb von Ökosystemen steuert. Der Verlust der Biodiversität kann diese natürlichen Signalsysteme stören.

„Wenn wir verstehen, ob und wie chemische Signale von Pflanzen durch die Pflanzenvielfalt in der Umgebung verändert werden, hilft uns das, den Verlust der biologischen Vielfalt nicht nur als Verlust von Arten, sondern auch als Veränderung der chemischen Kommunikation in Ökosystemen zu betrachten“, sagt Sybille Unsicker, die am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie die Projektgruppe „Pflanze-Umwelt-Interaktionen“ leitete und mittlerweile als Professorin am Botanischen Institut der Universität Kiel forscht.

Freilandexperimente mit Spitzwegerich-Pflanzen im Jena-Experiment

Das Forschungsteam konzentrierte sich bei den Untersuchungen auf den Spitzwegerich (Plantago lanceolata), da seine ökologischen Wechselwirkungen bereits gut erforscht sind. Er ist eine der wichtigsten Forschungspflanzen im „Jena-Experiment“, in dessen Rahmen die Untersuchungen stattfanden. „In unseren Experimenten wollten wir mehr als nur eine oder zwei Nachbarpflanzen einbeziehen, wie es unter Labor- oder Gewächshausbedingungen üblich ist. In natürlichen Ökosystemen leben Pflanzen in vielfältigen Gemeinschaften zusammen und stehen in Wechselwirkung mit zahlreichen anderen Pflanzen, Insekten und Mikroorganismen. Das Jena-Experiment bot die idealen Bedingungen für unsere Untersuchungen“, sagt Erstautorin Pamela Medina van Berkum.

Bei Experimenten im Freiland besteht die größte Herausforderung darin, die flüchtigen Verbindungen, die von Pflanzen abgegeben werden, zu messen. Daher war die Entwicklung und Anpassung einer Methode zur Messung von Pflanzendüften im Freiland von zentraler Bedeutung. „Wir haben ein System entwickelt, das diese Düfte auf Gemeinschaftsebene mit einem transparenten Kasten einfängt. Dieser wird über die Vegetation gelegt, um die Düfte zu konzentrieren. Auf der Ebene der einzelnen Pflanzen gingen wir ähnlich vor, umschlossen die Pflanzen jedoch separat mit kleinen transparenten Plastikbeuteln“, erläutert Pamela Medina van Berkum. Mit Hilfe von modernsten Analysemethoden konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler anschließend die verschiedenen chemischen Verbindungen identifizieren und ihre Menge messen.

Ein neuer Blick auf die Rolle der Biodiversität

Die Forschenden um Sybille Unsicker möchten mittels weiterer Experimente noch besser verstehen, wie sich Veränderungen in der chemischen Kommunikation, die sich aus der Zusammensetzung der Artengemeinschaft ergeben, auf die Funktionsweise von Ökosystemen auswirken. So wollen sie herausfinden, wie sich Biodiversität auf die Wechselwirkungen von Pflanzen mit anderen Lebewesen auswirkt, zum Beispiel im Hinblick auf die Anziehungsmuster von Insekten. Die aktuelle Studie hebt die bemerkenswerte Vielfalt flüchtiger Verbindungen hervor, insbesondere in artenreichen Graslandschaften. Ihre ökologische Bedeutung ist jedoch noch weitgehend unverstanden. Diese Lücke zu schließen, ist das Ziel des Forschungsteams.