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GEOkompakt: Herr Professor Jürgens, Pflanzen können weder denken, noch haben sie die Möglichkeit, umherzulaufen und die Welt zu erkunden. Sind sie nicht - im Vergleich zu Tieren - von der Evolution benachteiligt worden?
Professor Norbert Jürgens: Ganz und gar nicht. Ihre Frage spiegelt die anthropozentrische Sichtweise vieler Menschen wider. Wir neigen dazu, uns vor allem über unser Gehirn zu definieren, und erleben uns als Krone der Schöpfung. Aber schon im Tierreich erweisen sich Gehirne als nicht unbedingt nötig. Sesshafte Tiere ohne Denkorgan - Korallen - vermögen gigantische Riffe aufzubauen. Und die angeblich so benachteiligten Pflanzen beherrschen immerhin die Erde.
Deren Dominanz...
...offenbart sich allein schon an ihrer Produktivität: Pflanzen stellen mehr als 99,9 Prozent der globalen Biomasse, Tiere machen weniger als ein Tausendstel aus. Zudem sind Pflanzen Pioniere. Sie sind es, die als Erste neue Gefilde erobern, etwa wenn sie auf Vulkanasche keimen oder eine im Ozean neu entstandene Insel begrünen. So schaffen Gewächse Lebensraum: Denn erst sie geben anderen Organismen die Chance, sich ebenfalls an den zuvor völlig toten Orten zu entfalten. Pflanzen sorgen also dafür, dass sich Biodiversität entwickelt. Es ist verblüffend, wie erfinderisch Gewächse sind, wenn es darum geht, unwirtliche Regionen zu beleben.
Können Sie ein Beispiel nennen?
In Südafrika gibt es Gegenden, in denen der Wind so kräftig über den Boden bläst, dass sogar Felsen wie mit einem Sandstrahl weggeschmirgelt werden. Eigentlich kann dort nichts überleben. Und doch haben bestimmte Arten von Mittagsblumengewächsen einen Weg gefunden, diesen extrem harten Bedingungen zu trotzen. Die Pflanzen scheiden auf ihrer gesamten Oberfläche Klebstoff aus. Darin bleiben Sandkörner haften und bilden mit der Zeit eine schützende Kruste. Auf raffinierte Weise nutzen die Pflanzen also den Sand, um sich vor Sand abzuschirmen.
Sind diese Gewächse die einzigen Organismen, die dort leben?
Nein, doch nur weil es dort diese Pflanzenspezies gibt, können auch andere Lebewesen diese Regionen bevölkern. Zum Beispiel einige Insekten, die sich von den Gewächsen ernähren. Eine einzige verblüffende Innovation ermöglichte es also einer Spezies, neue Ökosysteme zu erobern, in denen es vorher keinerlei Leben gab. Wir nennen das "Schlüsselanpassung".
Zeichnet eine solche Anpassung viele Pflanzenarten aus?
Nicht nur viele, sondern alle. Hinter jeder Spezies verbirgt sich eine Schlüsselanpassung, eine ganz bestimmte Lösung für ein ganz bestimmtes Problem, wodurch Überleben in dem Ökosystem möglich wird. Das ist ein evolutionäres Prinzip. Die jeweilige Innovation mag nicht immer besonders offensichtlich sein, ja in vielen Fällen ist sie überhaupt nicht bekannt. Doch ich bin mir sicher: Die weltweit 350.000 Pflanzenarten stehen für mindestens 350.000 Erfindungen, von denen jede einzelne die Welt verändert hat. Schon allein deshalb sollte keine einzige Spezies aussterben.
Welchem Umweltfaktor müssen sich Gewächse besonders anpassen?
Ein wichtiger Parameter ist der Boden. Ist der Untergrund sauer oder kalkhaltig? Ist er feucht, sandig oder lehmig? Je nachdem, wie vielschichtig die Struktur des Bodens ist, können Pflanzenarten in enger Nachbarschaft zueinander wachsen. So haben sich zum Beispiel manche Arten auf Granit spezialisiert, die wenige Meter entfernt – sagen wir, auf gipshaltigem Gestein – keine Chance hätten zu überleben. Dort gedeihen andere Spezies, und wieder ein wenig weiter mag es moorig sein, und auch dort trifft man auf angepasste Arten. Geodiversität ist ein Motor für Artenvielfalt: Wo in enger Nachbarschaft viele unterschiedliche Gesteine und Hanglagen vorkommen – und wo sich zudem Bedingungen wie Temperatur, Sonneneinstrahlung, Feuchtigkeit abwechseln – entwickelt die Evolution besonders viele Pflanzenarten. Jede einzelne ist an ein Teilökosystem angepasst; in einem Gebirge beispielsweise ist eine Spezies auf das Leben an einem sonnenbeschienenen Südhang spezialisiert, während eine andere den kühlen Schatten eines Nordhangs mit monatelanger Schneebedeckung optimal nutzen kann. Daher kommt es in solchen Regionen zu einer besonders hohen Vervielfältigung der Schlüsselanpassungen und damit der Arten: zu einer Radiation.
Gebirge haben die höchste Biodiversität?
Genau. Selbst in den Tropen, in deren Klima ja die höchste Artenvielfalt herrscht, liegen diese sogenannten Hotspots in Gebirgsregionen und nicht in anderen Landschaften. So weisen in Lateinamerika die Anden-Ketten die reichhaltigste Flora auf. Auch in den Tropen Ostasiens wachsen die meisten Spezies auf Bergen wie dem Kinabalu. Es existieren weitere bemerkenswerte Zentren der Biodiversität, zum Beispiel die Kap-Flora in Südafrika, die auf kleinstem Raum erstaunlich artenreich ist. Sie entstand durch eine spezielle Klimageschichte, aber eben auch durch Gebirgsbildungen. Ähnlich ist es im europäischen Mittelmeerraum mit seinen Bergländern und Inselwelten.
Gibt es Arten, die in ganz unterschiedlichen Regionen wachsen können? Wer ist der Global Player im Pflanzenreich?
Es gibt opportunistische Spezies, deren Strategie darin besteht, unterschiedlichen Bedingungen zu trotzen. Farne und Flechten, die sich durch besonders weit fliegende Sporen ausbreiten, sind oft nahezu weltweit verbreitet. Die Blütenpflanze, der das wohl am besten gelingt, ist das Einjährige Rispengras. Es wächst im Flachland wie im Gebirge, auf nährstoffreichen wie sandigen Böden. Es wächst selbst dort, wo Autoreifen rollen, solange nur ein paar Ritzen frei sind. Dieser Überlebensspezialist kommt sogar in der Antarktis vor. Die Gräser sind ohnehin höchst erfolgreiche Gewächse, sie stellen eine der artenreichsten Pflanzenfamilien überhaupt – weltweit gibt es rund 10.000 Spezies. Viele haben sich zum Beispiel an trockene Regionen angepasst.
Welche Strategie hilft ihnen dabei?
Der untere Teil ihrer Blätter schmiegt sich eng um den Stängel und schützt ihn vor Austrocknung. Darüber hinaus haben die Gräser der heißen und trockenen Regionen ein spezielles Enzym, welches das für die Photosynthese nötige Kohlendioxid schneller anzieht und an sich bindet als bei normalen Pflanzen.
Weshalb ist das vorteilhaft?
Für die Aufnahme von Kohlendioxid haben alle Gewächse in ihren Blättern kleine regulierbare Poren, die Spaltöffnungen. Durch diese Löcher verlieren sie ständig Wasser. Daher ist es besonders in Trockengebieten ein Problem, die Spalte zu öffnen. Die Pflanzen laufen Gefahr zu verdursten, wenn sie die Spalte zu lange öffnen, oder aber zu verhungern, wenn sie die Spalte zu lange schließen und dann kein Kohlendioxid aufnehmen. Durch das optimierte Enzym können die Gräser also mehr Kohlendioxid aufnehmen, ohne Wasser zu verlieren. Darüber hinaus haben sich Gräser besonders gut einer Bedrohung angepasst, der die allermeisten Pflanzen ausgesetzt sind: Hungrige Tiere fallen über sie her. Während etliche Gewächse eingehen, wenn sie kahl gefressen werden, macht das Gräsern in der Regel wenig aus. Solange ihr Wurzelwerk und eine dicht oberhalb des Bodens liegende Wachstumszone intakt bleiben, können sie rasch nachwachsen, neue Blätter bilden. Und schließlich wehren sie sich dagegen, in zu großem Ausmaß vertilgt zu werden. Sie bilden dann spitze Silikatkörner, die mit der Zeit das Gebiss der Pflanzenfresser abschmirgeln. Manche Gräser können vielleicht sogar ihre Schmackhaftigkeit ändern.
Wie das?
Einige Forscher vermuten, dass die Gräser registrieren, wenn eine Herde an ihnen rupft. Sie stellen daraufhin Substanzen her, die ihnen einen ungenießbaren Geschmack verleihen oder sogar leicht toxisch sind. Womöglich senden sie zudem spezielle Signalstoffe aus, die von anderen Graspflanzen wahrgenommen werden, und warnen sie so. Ähnliche Zusammenhänge jedenfalls wurden bereits mehrfach nachgewiesen. Zum Beispiel produzieren Pappeln giftige Substanzen, wenn Insekten an benachbarten Artgenossen nagen. Es gibt ganz sicher noch viele weitere Interaktionen zwischen Pflanzen, die uns bislang unbekannt sind. Doch ist in dieser Frage leider noch vieles unklar – ebenso wie bei den hochkomplexen molekularen Steuerungsprozessen, die im Inneren der Pflanzen ablaufen. Hier gibt es enormen Forschungsbedarf.
Worauf hätten Sie als Botaniker sonst noch gern eine Antwort?
Eine für mich entscheidende Frage ist, inwieweit es sich steuern lässt, ob bestimmte Pflanzen in einem Ökosystem besser wachsen oder aber weniger werden. In Namibia, Botswana, Sambia und Angola gab es zum Beispiel vor 100 Jahren noch fantastische Weidegründe, die von Gräsern dominiert waren und in denen nur wenige einzelne Savannenbäume standen. In diesen offenen Landschaften lebten flugunfähige Laufvögel wie Strauße, und Farmer konnten Tausende von Rindern halten. Heute existiert dort eine Gestrüpplandschaft aus Dornenbüschen, die oft so dicht stehen, dass weder Mensch noch Rind mehr durchkommen und kein Strauß mehr dort leben kann.
Was ist geschehen?
Es ist ein Beispiel für die Folgen einer Übernutzung. Das Gras wurde durch den hohen Viehbestand so abgefressen, dass es sich nicht mehr erholte. Dann breiteten sich auf den geschädigten Flächen Dornenakazien aus, denn die wurden von den Rindern verschmäht. Schließlich wuchs auf den früheren Weiden nur noch Dornengestrüpp. Begünstigt wurde diese Entwicklung noch durch einen weiteren Faktor: Aufgrund der enormen Verbrennung fossiler Rohstoffe steigt der Kohlendioxidgehalt auf der gesamten Erde an und wirkt auf die Pflanzen wie ein Dünger. Davon profitieren vor allem Holzgewächse wie die Dornenakazien, die nun üppiger gedeihen als andere Pflanzen - überall auf der Erde nehmen die Wälder und Gehölzlandschaften zu. Zugleich steigt damit aber das Risiko von Waldbränden, mit dramatischen Folgen, zum Beipiel im Mittelmeergebiet.
Kann man diesen Prozess zurückdrehen?
Ja, aber dazu fehlt uns noch genaues Wissen. Landwirte in Namibia wandeln ihre Farmen jetzt in Kudu-Farmen um. Die Kudus fressen kein Gras, dafür die Äste von Gehölzen, und können das Gestrüpp wieder eindämmen. Aber inzwischen gibt es auch schon Farmen mit Übernutzung durch zu viele Kudus. Sie sehen, das Management von Ökosystemen und Landnutzung ist überaus schwierig, weil über die Eigenschaften von Pflanzen noch zu wenig bekannt ist. Wir verstehen ja nicht einmal, wie eingewanderte exotische Arten sich in vorhandene Lebensgemeinschaften einfügen – wie sie es schaffen, in der fremden Umgebung heimisch zu werden.
Richten solche von Menschen eingeschleppten Pflanzenarten Schäden an?
In manchen Ländern sind sie ein gewaltiges Problem. Denn wir machen damit die Evolution rückgängig - Millionen von Jahre, in denen sich Pflanzenund Tiergruppen auf verschiedenen Kontinenten hoch spezialisiert haben. Wir bringen sie in Kontakt zueinander und schaffen dadurch völlig neue Konkurrenzgefüge. Das führt zwangsläufig dazu, dass manche Arten aussterben, weil stärkere sie verdrängen. Die Kap-Flora in Südafrika beispielsweise steht fast vor der vollständigen Zerstörung, weil dort während der letzten 100 Jahre mehrfach Akazienarten aus Australien eingeführt worden sind. Es ging dabei zum Teil um den Schutz von Küstendünen. Man glaubte, den Sand durch Bepflanzen mit Akazien festigen zu können, so wie zuvor auf dem Fünften Kontinent. Doch die australischen Akazien haben sich als viel konkurrenzfähiger erwiesen als die heimische Kap-Flora - und sie flächendeckend vernichtet.
Was ist da genau geschehen?
Die Akazien haben die heimischen Sträucher überwuchert, weil sie sich in Australien besser an Feuer angepasst haben als die Pflanzen in Afrika. Zwar treten auch in Südafrika Brände regelmäßig während der Sommermonate auf, im Durchschnitt brennt jeder Hektar alle 15 Jahre einmal ab; das ist durchaus natürlich. Doch die australische Akazie brennt weitaus heißer als der südafrikanische "Feinbusch". Der hat nur sehr dünne Achsen und bringt keine hohen Feuertemperaturen mit sich. Die höllisch heißen Feuer der Akazien dagegen töten nicht nur all die einheimischen Pflanzenarten ab, sondern auch Schildkröten, die bislang in zehn Zentimeter Tiefe im Boden überleben konnten und jetzt mit verbrennen.
Welche Folgen hat der Wandel noch?
Um Kapstadt wird das Wasser knapp. Wissenschaftler haben berechnet, dass die australischen Akazien enorm viel verbrauchen, weil sie es mit ihren tiefgehenden Wurzeln aufnehmen und mit ihren großen Blattflächen verdunsten. Dagegen gehen die heimischen Arten sehr viel sparsamer mit Wasser um. Aufgrund der Empfehlungen von Wissenschaftlern haben die dortigen Politiker daher beschlossen, die australischen Akazien wieder vollständig zu entfernen. Sie haben ein Programm ins Leben gerufen, bei dem Zehntausende von Menschen die Akazien abhacken und noch Jahrzehnte später keimende Samen per Hand herausziehen. Inzwischen sind riesige Gebiete schon wieder frei von den fremden Gewächsen. Es ist schon erstaunlich, in welchem Ausmaß Landschaften zerstört sind und wie wenig man es ihnen bisweilen ansieht. Manche dieser völlig degradierten, von Menschenhand überformten Flächen empfinden viele ja sogar als überaus schön, urwüchsig.
An welches Ökosystem denken Sie?
An die norddeutsche Heidelandschaft. Nach meinem Verständnis ist dies der weltweit schlimmste Fall einer Ökosystem-Zerstörung. Denn dort hat der Mensch zuerst die natürlichen Urwälder komplett vernichtet, teils durch Hacken, teils durch Brennen und wohl ganz wesentlich durch Beweidung der kompletten Fläche. Die so entstandenen Grasländer wandelten sich später durch permanente Überweidung zu Heidelandschaften. Daraufhin breiteten sich schließlich Weideunkräuter aus. Zum Beispiel der völlig ungenießbare, superspitze Wacholder.
Was die Dichter als schöne Heide besingen, ist eigentlich eine Ökokatastrophe?
Das ist es ganz sicher. Die Menschen haben in ihrer Not sogar häufig begonnen, die Heide mitsamt Wurzeln und einem Teil des Bodens auszustechen, um die Plaggen als Streu für die Tiere im Stall zu benutzen und ihr Vieh so durch den nassen Winter zu bringen. Es war eine maximale Zerstörung des Bodens. Nicht einmal die abgebrannten Tropenwälder in Brasilien sind so radikal vernichtet worden.
Worin liegt heutzutage die größte Bedrohung für unsere Pflanzen?
Neben der Umwandlung natürlicher Ökosysteme in Landwirtschafts- oder Siedlungsflächen würde ich ganz klar die Überdüngung nennen. Damit meine ich nicht die absichtliche Düngung landwirtschaftlicher Flächen. Sondern die Tatsache, dass Verbrennungsmotoren und die Industrie permanent Massen an Stickstoff in die Luft pusten. Und der gelangt durch den Regen auf alle möglichen Böden – auf Äcker ebenso wie auf Naturschutzgebiete, auf Städte ebenso wie auf Wälder oder Wattlandschaften. Man muss sich das Ausmaß einmal klarmachen: Ein Landwirt im Mittelalter konnte mit größter Mühe – mit der Dreifelderwirtschaft und dem Mist von Kühen – nicht so viel Stickstoff auf seine Äcker bringen, wie heute allein auf eine solche Fläche niederregnet.
Warum ist diese zusätzliche Düngung so schlimm?
Das liegt an einem grundlegenden Phänomen, das mit der Artenvielfalt zusammenhängt – und der speziellen Anpassung jeder Spezies an jeweils einen bestimmten Bereich jedes Umweltfaktors. Denn ganz gleich, welchen Faktor Sie in einem Ökosystem verändern, ob nun die Lichtmenge oder die Temperatur, die Feuchtigkeit oder den Nährstoffgehalt: Stets gibt es Arten, die davon profitieren, und andere, die mit dem Wandel nicht zurechtkommen und daher zugrunde gehen. Bei uns in Deutschland wachsen Pflanzen, die viel Stickstoff brauchen - etwa Brennnessel, Holunder, Giersch -, sowie solche, die Stickstoff meiden – beispielsweise Sonnentau und Torfmoos -, und wieder andere, die eine eher mittlere Konzentration bevorzugen. Durch die zunehmende Überdüngung gibt es inzwischen aber keine nährstoffarmen Standorte mehr, was dazu führt, dass Sonnentau, Torfmoos und Moorlilie ausgelöscht werden. Eine weitere Gefahr besteht im steigenden Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre.
Sie erwähnten bereits, dass dadurch in vielen Ökosystemen Holzgewächse zunehmen.
Ja, aber es gibt einen weiteren Aspekt, eine Gefahr, die uns Menschen direkt betrifft. Je mehr Kohlendioxid sich in der Atmosphäre befindet, desto weniger weit müssen Pflanzen ihre Spalte öffnen, um das Gas aufzunehmen. Dadurch verlieren sie weniger Wasser. Und das wiederum bedeutet: Die Gewächse saugen mit ihren Wurzeln weniger Regenwasser auf als früher. Als Folge sind die Böden im Verlauf eines Jahres sehr viel früher als in der Vergangenheit prall mit Wasser gefüllt, was mancherorts zu Überschwemmungen führt. In Zukunft wird die Flutgefahr also noch zunehmen. Auch hier zeigt sich, dass Pflanzen eine viel größere Bedeutung für die Ökosysteme der Erde haben als Tiere.
Haben wir durch die moderne Gentechnik eigentlich die Möglichkeit, manche Gewächse so zu manipulieren, dass sie bestimmte Eigenschaften entwickeln und etwa resistent gegen Trockenheit oder Salzwasser werden?
Ich habe in dieser Frage bislang nicht von wissenschaftlichen Durchbrüchen gehört, die wirklich zur Anwendung führten. Und ich denke auch, der sehr viel einfachere Weg wäre, das Potenzial von Pflanzen auszuschöpfen, die sich evolutionär bereits an Salz oder Trockenheit angepasst haben. Es gibt zum Beispiel eine extreme Artenvielfalt salztoleranter Pflanzen an den Säumen aller Ozeane. Jeder kennt wohl die Mangroven, die auf dem Schlickwatt tropischer Küstenbereiche siedeln. Sie wachsen dort im Salzwasser und sind hochproduktiv. Diese Pflanzen schaffen Holzvorräte, die als Brennstoff genutzt werden können. Sie tragen Früchte, die essbar sind. Zudem schützen sie die Küsten vor Flutwellen, etwa bei Wirbelstürmen oder Tsunamis.
Wie könnte man die Mangroven besser nutzen?
Es gibt zum Beispiel unter Technikern und Wissenschaftlern die Überlegung, Salzwasser in Wüstengebiete zu pumpen und dort Mangroven anzubauen – aber ich kenne kein Projekt, bei dem das auch tatsächlich im großen Stil ausprobiert wird. Mich wundert manchmal, dass offenbar die Vorstellung, man könne durch Züchtung oder durch Genmanipulation etwas völlig Neues schaffen, attraktiver ist und eher verfolgt wird, als die über Jahrmillionen gewachsene, natürliche Flora zu erforschen, zu verstehen, zu schützen und zu nutzen. In meinen Augen wäre das sehr viel sinnvoller. Pflanzen bergen noch viele unbekannte Innovationen. Da haben wir die Chance, noch einen ganzen Schatz an Wissen zu heben.
