Bäume wie Kiefern, Tannen oder Fichten zeichnen sich nicht nur durch ihren Nadelbewuchs, sondern auch durch die Ausbildung von Zapfen aus. Diese holzigen Auswüchse dienen den Nadelbäumen zur Fortpflanzung und verbergen in ihrem Inneren Samen, die von den Pollen aus den männlichen Zapfen bestäubt werden. Anschließend können die Samen durch den Wind oder über Tiere zu einem neuen Standort weitergetragen werden. Die Kiefer hat hierfür einen besonders raffinierten Mechanismus entwickelt: Die Kiefernzapfen öffnen sich bei Trockenheit und schließen sich bei Nässe. Auf diese Weise werden die Kiefernsamen nur unter vorteilhaften Bedingungen freigegeben, nämlich wenn es möglichst windig ist und die Samen weit getragen werden. So werden keine Samen verschwendet, die es bei Regen und Feuchtigkeit nicht weit weg vom Ursprungsbaum schaffen würden.
Eine passive und eine aktive Schicht?
Das Öffnen und Schließen der Schuppen des Kiefernzapfens ist besonders interessant, da die Bewegung passiv abläuft und somit keine Stoffwechselenergie verbraucht. Bisher nahmen Forschende an, dass die Bewegung des Kiefernzapfens auf dem Zusammenspiel zweier Gewebeschichten in der Schuppe beruht: Einer oberen, starren Schicht, die kein oder nur sehr wenig Wasser aufnimmt, und einer unteren, die durch Feuchtigkeit aufquillt und sich dabei verlängert. Hierbei drückt sie die Schuppe nach oben und der Zapfen schließt sich. Trocknet und schrumpft die untere Schicht, zieht sie die Schuppe wieder nach unten – der Zapfen öffnet sich.
Ein Forschungsteam um Carmen Eger von der Universität Freiburg widerspricht nun in einer neuen Analyse diesem vereinfachten Modell und zeigt, dass dem Schließmechanismus eine etwas komplexeren Struktur zugrunde liegt. Um den Einfluss der Feuchtigkeit auf die verschiedenen Gewebeschichten zu untersuchen, hatten sie Messungen zum Benetzungsverhalten und der Wasseraufnahme der Kiefernschuppe von Pinus wallichiana durchgeführt. Zusätzlich erstellten die Forschenden ein Höhenprofil des Zapfengewebes während des Öffnens und Schließens, das genauere Informationen über die dreidimensionale Änderung der Gewebestrukturen der Kiefernzapfen bereithielt.
Teamarbeit im Zapfengewebe
Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass tatsächlich mehrere Gewebeschichten Teil der passiven Bewegung der Kiefernschuppen sind: „Die Schuppen der Kiefernzapfen biegen sich aufgrund einer komplexen Interaktion von verschiedenen Geweben, wobei jede zur Bewegung beiträgt“, berichten Eger und ihre Kollegen. Dies ist möglich, da das Wasser nach der primären Aufnahme durch die Epidermis in alle Gewebeschichten der Zapfenschuppe verteilt wird. Das Biegen der oberen Schicht und damit das Schließen des Zapfens, ist demnach nicht nur auf ein Anschwellen der unteren Schicht zurückzuführen, wie es das vorherige Modell annahm.
