Text: Marlena Wegner
Es ist jedes Jahr dasselbe: Kaum erstrahlte die Landschaft im goldenen Herbst, schon ragen nur noch kahle Äste gen Himmel. Nach dem Sommer stellen die Bäume die Fotosynthese ein, ihre Blätter wechseln von Grün zu Gelborange, dann zu Braun und schließlich fallen sie herunter. Ab jetzt leben die Bäume monatelang von dem, was sie zuvor gespeichert haben. Doch auch wenn die Fotosynthese der zentrale Motor der Pflanzen ist, kommt mit ihrem Stillstand nicht der ganze Organismus zur Ruhe. Wurzeln können noch wachsen, solange der Boden nicht gefroren ist. Stoffwechselprozesse laufen weiter, etwa die Zellatmung, mit der die Pflanze ihre Reservestoffe langsam verbrennt, um Energie zu gewinnen. Die Winterruhe ist auf bestimmte Bereiche beschränkt. Die Knospen etwa, aus denen im Frühjahr die Blüten und Blätter treiben, werden schon im Sommer und Herbst des Vorjahres angelegt, überdauern ruhend den Winter, um im Frühling sogleich sprießen zu können.
Die Wachstumszentren einer Pflanze, die aus Stammzellen bestehenden Meristeme, machen im Winter eine Arbeitspause. Danach werden die Stammzellen wieder genutzt, um neue Gewebe zu bilden. Sie können sich teilen und in unterschiedliche spezialisierte Zelltypen entwickeln. Die Stammzellen sind entscheidend für Wachstum und Entwicklung der Pflanze, wie Yvonne Stahl erklärt. Die Professorin für pflanzliche Entwicklungsgenetik an der Goethe-Universität Frankfurt am Main forscht mit ihrer Arbeitsgruppe an der Stammzellnische der Wurzel. Das Team will wissen, was darüber entscheidet, ob Stammzellen ruhen oder wachsen. Und das nicht nur im Winter.
Strategische Pausen
„Pflanzen wachsen nicht einfach immer kontinuierlich weiter“, sagt Stahl. „Sie legen immer wieder Pausen ein – mal kurz wie ein Mittagsschläfchen, mal länger wie ein Erholungsschlaf oder so ausgedehnt wie ein Winterschlaf.“ Diese Ruhephasen sind jedoch kein Leerlauf, sondern strategische Zwischenstopps. In dieser Zeit sparen Pflanzen wertvolle Energie, die sie sonst in Wachstum investieren würden. Gleichzeitig schützen sie ihre empfindlichen Strukturen, wie die Stammzellen in den Meristemen, vor Frost, Trockenheit oder Nährstoffmangel. Und: Die Pause sorgt dafür, dass Wachstum und Entwicklung genau dann stattfinden, wenn die äußeren Bedingungen optimal sind. Man könnte sagen: Die Pflanze nutzt ihre Ruhephase wie ein Sportler die Regenerationszeit zwischen Wettkämpfen – um Kraft zu sammeln, Schäden zu reparieren und sich auf den nächsten Sprint vorzubereiten. Dabei wird zwischen zwei Formen der Ruhe unterschieden: Dormanz als Makro-Regulation auf Organebene wie bei Knospen oder Samen und Quieszenz als Mikro-Regulation auf Zellebene.
„Quieszenz ist ein kurzfristiger Pausenmodus der Stammzellen im Meristem, so etwas wie ein Powernap“, erklärt die Pflanzenbiologin. „Die Zellen teilen sich kaum, bleiben aber jederzeit bereit, schnell wieder aktiv zu werden.“ Es handelt sich um einen gesteuerten Ruhezustand, der vor allem durch Signale innerhalb der Pflanze ausgelöst wird. Der Entwicklungsstand der Pflanze und ihre verfügbaren Ressourcen spielen eine wichtige Rolle, so Stahl. Besondere Umweltfaktoren wie extreme Hitze, Trockenheit oder andere Stresssituationen können diese inneren Systeme ebenfalls beeinflussen und den Eintritt in Quieszenz fördern. Quieszenz kann zu jeder Jahreszeit auftreten, und sorgt dafür, dass das Meristem in Bereitschaft bleibt, bis die Bedingungen wieder optimal sind.
