Die Natur ist reich an geometrischen Formen. Die Windungen von Schneckenhäusern entsprechen der Fibonacci-Folge, bei der jede Zahl der Summe ihrer beiden Vorgänger entspricht. Schneekristalle bestehen aus winzigen Verzweigungen, die sich in verschiedenen Dimensionen wiederholen und somit Fraktale formen. Auch viele Blüten sind nach ähnlichen Mustern aufgebaut und formen Fibonacci-Spiralen oder Fraktale.
Stängel statt Blüten
Eine besonders auffällige geometrische Struktur zeigt sich beim Romanesco-Blumenkohl: Seine Bestandteile bilden zugleich Fraktale und Fibonacci-Spiralen. Ein Team um Eugenio Azpeitia von der Universität Lyon in Frankreich hat nun analysiert, wie diese Form zustande kommt. „Die Blumenkohlröschen sind der Blütenstand der Pflanze“, erklären die Forscher. „Die sich wiederholende, selbstähnliche Struktur entsteht, weil die Blütenvorläufer nicht zur Blüte heranwachsen, sondern stattdessen weitere Blütenstände erzeugen.“ Dieses Phänomen zeigt sich sowohl bei klassischem Blumenkohl als auch bei der Romanesco-Variante. Welche molekularen und genetischen Prozesse dem allerdings zugrunde liegen, war bislang unklar.
Um dem Rätsel auf die Spur zu kommen, haben Azpeitia und seine Kollegen verschiedene Experimente, Analysen und Berechnungen durchgeführt: An klassischem Blumenkohl und Romanesco untersuchten sie, welche Gene bei der Entwicklung der Röschen aktiv sind und wie sie sich gegenseitig beeinflussen. In Computersimulationen stellten sie die Prozesse nach und variierten einzelne Faktoren, um herauszufinden, wie sich dadurch das Resultat ändert. Um die Rolle der beteiligten Gene weiter zu erforschen, veränderten sie außerdem die Modellpflanze Ackerschmalwand so, dass sie ebenfalls blumenkohlartige Strukturen bildete.
Regulationsnetze aus dem Gleichgewicht
Das Ergebnis: Wenn sich eine Blüte normal entwickelt, ist ein genau abgestimmtes Netzwerk von Genen aktiv, die sich gegenseitig zum jeweils passenden Zeitpunkt aktivieren, hemmen oder verstärken. Auf diese Weise sorgen sie dafür, dass sich aus einem undifferenzierten Vorläufergewebe zunächst Knospen und dann Blüten entwickeln. Bei Blumenkohl dagegen ist dieses Netzwerk aus dem Takt geraten. Dadurch werden Gene, die eigentlich für die Entstehung der Blüte verantwortlich sind, herunterreguliert, während ein anderes Gen, das den Blühprozess stoppt, verstärkt aktiviert wird.
Das führt dazu, dass das Vorläufergewebe zwar im genetischen „Gedächtnis“ hat, dass es zu Blüten werden soll, sich aber stattdessen zu immer weiteren Stängeln entwickelt, die erneut Blütenvorläufer hervorbringen, die wiederum zu Stängeln werden. Dieser Prozess läuft sowohl bei klassischem Blumenkohl als auch bei Romanesco ab und ließ sich auch in der Ackerschmalwand rekonstruieren, wenn die Forscher die entsprechenden Gene beeinflussten.
