Mit süßem Nektar lockt die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) Insekten auf ihre Fangblätter. Doch sobald sich die potenzielle Beute niederlässt und dabei zweimal hintereinander die feinen Fühlborsten auf der Innenseite der Fangblätter berührt, schließt sich die Falle – und zwar mit einer Geschwindigkeit, die zu den schnellsten im Pflanzenreich zählt. Wie die fleischfressende Pflanze zu einer so raschen Bewegung im Stande ist, gibt der Wissenschaft seit Jahrhunderten Rätsel auf.
Zu schnell für hydraulischen Mechanismus
Bekannt ist bereits, dass die geöffneten Fallen mit ihrer konvexen Form elastische Energie gespeichert haben. Wird die Falle ausgelöst, schlagen sie zu einer konkaven Form um. Aber was ermöglicht die plötzliche Freisetzung der Energie? Um den Geheimnissen der Venusfliegenfalle auf die Spur zu kommen, hat ein Team um Jeongeun Ryu von der Universität Aix-Marseille in Frankreich zahlreiche ausgefeilte Experimente und Messungen durchgeführt. Teils schnitten die Forschenden die Fallen in schmale Streifen, teils fixierten sie sie in offenem Zustand und maßen Veränderungen auf der Ebene einzelner Zellen.
„Eine seit langem bestehende Hypothese geht davon aus, dass das Schließen der Venusfliegenfalle durch einen osmotisch induzierten Wasserfluss quer durch die Blattdicke angetrieben wird, wodurch eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen der Innen- und der Außenfläche der Falle entsteht“, erklären sie. „Um diesen Mechanismus zu überprüfen, haben wir den Wassertransports innerhalb der Fangblätter mithilfe einer Zelldrucksonde direkt gemessen.“
Doch wie Ryu und ihre Kollegen feststellten, bewegt sich das Wasser viel zu langsam durch die verschiedenen Zellschichten. Würde sich die Venusfliegenfalle darauf verlassen, bräuchte sie etwa 30 Sekunden, bis sich eine Falle schließt. „Das Schließen erfolgt zu schnell, um durch Wassertransport erklärt zu werden“, berichtet das Team. „Das deutet auf einen eigenständigen, nicht-hydraulischen Mechanismus hin.“
Erweichung setzt Spannung frei
Und tatsächlich: Weitere Messungen enthüllten, dass die Pflanze stattdessen einen anderen Trick nutzt. Sobald die Fühlborsten zweimal berührt werden, werden die Zellwände auf der Außenseite der Fangblätter innerhalb weniger Sekunden weicher. Dadurch gibt die äußere Schicht etwas nach – wie ein plötzlich gelockerter Bogen. Die in der Falle gespeicherte elastische Spannung wird frei, und die Blätter schnellen zusammen. „Dies stellt die schnellste Modulation der Wandmechanik dar, die bei Pflanzen bisher beschrieben wurde“, berichten die Forschenden.
Wie genau die Signale von den Fühlborsten zu den Zellen der äußeren Epidermis übertragen werden, sodass diese erst bei der zweiten Berührung weich werden, ist noch unklar. Doch bereits die jetzigen Erkenntnisse könnten aus Sicht der Forschenden auch über die Biologie hinaus relevant sein: „Unsere Entdeckung offenbart eine Form der Pflanzenmotilität, die auf der dynamischen Anpassung von Materialeigenschaften beruht, und liefert damit Anhaltspunkte für muskelfreie, bioinspirierte Antriebsmechanismen“, schreiben sie. So könnten beispielsweise Materialien, die in der weichen Robotik zum Einsatz kommen, mit ähnlichen Eigenschaften ausgestattet werden.
Quelle: Jeongeun Ryu (Universität Aix-Marseille, Frankreich) et al., Science, doi: 10.1126/science.aed5051
