Die meisten heutigen Pflanzenarten haben treue Partner: Sie gehen mit bodenlebenden Pilzarten eine innige Austausch-Beziehung ein, durch die sie sich zusätzliche Nährstoffe und Wasser aus dem Erdreich erschließen können. Bei dieser sogenannten Mykorrhiza-Symbiose tauschen die Partner die Nährstoffe über eine Verbindung zwischen dem weitverzweigten Pilzgeflecht im Boden und den Pflanzenwurzeln aus. Bei der verbreitetsten Form findet der „Handel“ dabei über ein komplexes Gebilde im Inneren der Wurzeln statt: Der Pilz dringt mit seinen Hyphen in sie ein und bildet in einigen Zellen gemeinsam mit der Pflanze eine bäumchenartige Struktur (Arbuskel) aus. Über die große Oberfläche dieses Gebildes wird dann der Nährstofftransfer abgewickelt. Der Pilz übergibt der Pflanze dabei Wasser und vor allem den Nährstoff Phosphat, den er aus dem Erdreich aufgenommen hat. Im Gegenzug versorgt ihn die Pflanze mit energiereichen Substanzen. Studien haben gezeigt, dass es sich dabei neben Zuckermolekülen auch um Lipide handelt.
Erfolgsrezept der Pioniere?
Bereits in den 1980er Jahren ging aus Untersuchungen pflanzlicher Fossilien hervor, dass die Mykorrhiza-Symbiose bereits uralt ist. So kam der Verdacht auf, dass die Partnerschaft möglicherweise den Landgang der Pflanzen vor etwa 450 Millionen Jahren überhaupt erst ermöglicht haben könnte: In ihrem neuen, harschen Lebensraum konnten die Pilze die Pionier-Gewächse demnach vermutlich in entscheidender Weise mit Wasser und Nährstoffen versorgen. Die aktuelle Studie der Forscher um Mélanie Rich von der Universität Toulouse untermauert diese Annahme nun durch genetische und molekularbiologische Hinweise.
Sie bauen dabei auf langjährigen Forschungsergebnissen zu den Erbanlagen auf, die es Pflanzen ermöglichen, die komplexe Wechselbeziehung mit den Pilzen einzugehen. Bisher hat man sich dabei auf moderne Gefäßpflanzen (Tracheophyten) wie Bohne, Kartoffel und Co konzentriert. Doch Rich und ihre Kollegen haben sich nun Gewächsen gewidmet, die wohl noch immer den Pionieren des pflanzlichen Landgangs ähneln: Moosen (Bryophyten). Man nimmt an, dass sie sich vor 450 Millionen Jahren aus Grünalgen in der Gezeitenzone entwickelt haben.
Es ist bekannt, dass auch diese urtümlichen Pflanzen Partnerschaften mit Pilzen ausbilden können – doch die genetischen und molekularen Grundlagen dieser Pilz-Moos-Symbiosen waren bisher unerforscht. Im Rahmen ihrer Studie haben sich die Forscher nun mit dem Lebermoos Marchantia paleacea als Modell beschäftigt, das eine arbuskuläre Mykorrhiza-Symbiose mit einem Pilz eingeht. Durch genetische und molekularbiologische Verfahren hat das Team untersucht, welche Erbanlagen und Prozesse in den Pflänzchen aktiv werden, wenn in ihren Zellen die bäumchenartigen Austauschgebilde entstehen und in Aktion treten.
