21.07.2021 - Frontiers

Tomatenfrüchte senden elektrische Warnungen an den Rest der Pflanze, wenn sie von Insekten angegriffen werden

Eine aktuelle Studie in Frontiers in Sustainable Food Systems zeigt, dass die Früchte einer Art von Tomatenpflanze elektrische Signale an den Rest der Pflanze senden, wenn sie von Raupen befallen werden. Pflanzen verfügen über eine Vielzahl von chemischen und hormonellen Signalwegen, die in der Regel über den Saft (das nährstoffreiche Wasser, das sich durch die Pflanze bewegt) übertragen werden. Im Falle von Früchten fließen die Nährstoffe ausschließlich in die Frucht, und es wurde bisher wenig erforscht, ob es auch eine Kommunikation in die andere Richtung gibt - also von der Frucht zur Pflanze.

"Wir vergessen meist, dass die Früchte einer Pflanze lebende und halbautonome Teile ihrer Mutterpflanze sind, die viel komplexer sind, als wir derzeit denken. Da die Früchte ein Teil der Pflanze sind und aus dem gleichen Gewebe wie die Blätter und Stängel bestehen, warum könnten sie nicht mit der Pflanze kommunizieren und sie über das, was sie erleben, informieren, genau wie es die normalen Blätter tun?", sagt Erstautorin Dr. Gabriela Niemeyer Reissig von der Federal University of Pelotas, Brasilien. "Was wir herausgefunden haben, ist, dass Früchte wichtige Informationen wie Raupenangriffe - was ein ernstes Problem für eine Pflanze ist - mit dem Rest der Pflanze teilen können, und das kann wahrscheinlich andere Teile der Pflanze auf den gleichen Angriff vorbereiten."

Die Verteidigung einer Tomate

Um die Hypothese zu testen, dass Früchte durch elektrische Signale kommunizieren, platzierten Niemeyer-Reissig und ihre Mitarbeiter Tomatenpflanzen in einem Faradayschen Käfig mit Elektroden an den Enden der Äste, die die Früchte mit der Pflanze verbinden. Dann maßen sie die elektrischen Reaktionen, bevor, während und nachdem die Früchte 24 Stunden lang von Helicoverpa armigera-Raupen angegriffen worden waren. Das Team verwendete außerdem maschinelles Lernen, um Muster in den Signalen zu erkennen.

Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Unterschied zwischen den Signalen vor und nach dem Angriff. Darüber hinaus maßen die Autoren die biochemischen Reaktionen, wie z. B. Abwehrchemikalien wie Wasserstoffperoxid, an anderen Teilen der Pflanze. Dabei zeigte sich, dass diese Abwehrstoffe auch in Teilen der Pflanze ausgelöst wurden, die weit vom Schaden durch die Raupen entfernt waren.

Die Autoren betonen, dass dies noch frühe Ergebnisse sind. Ihre Messungen liefern einen "Big Picture"-Blick auf die Gesamtheit der elektrischen Signale, anstatt einzelne Signale genauer zu differenzieren. Es wird interessant sein zu sehen, ob dieses Phänomen auch für andere Pflanzenarten und verschiedene Arten von Bedrohungen gilt.

Abgesehen davon scheint diese neuartige Anwendung des maschinellen Lernens ein sehr hohes Potenzial für die Beantwortung dieser und anderer zukünftiger Fragen zu haben. Die Technik könnte auch neue - und möglicherweise umweltfreundlichere - Ansätze für die Insektenbekämpfung in der Landwirtschaft liefern.

"Wenn Studien wie unsere weiter voranschreiten und die Techniken zur Messung elektrischer Signale in offenen Umgebungen weiter verbessert werden, wird es möglich sein, den Befall von landwirtschaftlichen Schädlingen recht früh zu erkennen, was weniger aggressive Bekämpfungsmaßnahmen und ein genaueres Insektenmanagement ermöglicht", erklärt Niemeyer-Reissig. "Zu verstehen, wie die Pflanze mit ihren Früchten und die Früchte untereinander interagieren, könnte Erkenntnisse darüber bringen, wie man diese Kommunikation 'manipulieren' kann, um die Qualität der Früchte, die Resistenz gegen Schädlinge und die Haltbarkeit nach der Ernte zu verbessern."

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