Haben Sie sich jemals gefragt, woher eine Pflanze weiß, wann sie am Morgen ihre Knospen öffnen und andere zeitabhängige Aufgaben zu erledigen hat? Eine neue Untersuchung lässt darauf schließen, dass Proteinsignalisierung die Antwort auf diese Frage sein könnte.

Viele halten innere Uhren für etwas, das ausschließlich Teil der Menschen und anderen Säugetieren ist. Schließlich können sich Pflanzen nicht hinlegen oder andere Dinge tun, die mit einem circadianen Rhythmus assoziiert werden. Beim circadianen Rhythmus von Pflanzen handelt es sich jedoch um eines der ältesten untersuchten Themen der Biologie. Vor hunderten von Jahren haben sich Forscher gefragt, wie Blumen wissen können, wann sie ihre Blütenblätter für das Sonnenlicht und an heißen Tag ihre Stomata erst nachts öffnen sollen. Chronobiologieforscher könnten soeben die Antwort gefunden haben.

Proteinsignalisierung: ein Zahnrad der inneren Uhren von Pflanzen

Für Pflanzen ist es sehr wichtig, dass sie sich ihrer Umwelt anpassen. Sie müssen Stomata, bzw. kleine Löcher in ihren Zellen, schließen und öffnen, um zu jenen Zeiten einen Gasaustausch zu ermöglichen, zu denen sie mehr Stoffwechselaktivität aufweisen und zudem weniger Flüssigkeit verlieren. Außerdem müssen sie Blätter und Blüten öffnen, während die Sonne scheint. Pflanzen können nicht auf nahrhaftere Böden umziehen, weswegen ihr Leben von ihrer Fähigkeit abhängt, sich an den Ort anzupassen, an dem sie angepflanzt wurden.

Das Geheimnis der inneren Uhren von Pflanzen scheint ein Protein namens Zeitlupe zu sein. Zeitlupe enthält bestimmte Aminosäuren, die bei verschiedenen Sonnenlichtstärken chemische Bindungen eingehen. Die Aktivität dieser Aminosäure agiert als eine Art Proteinsignalisierung und nimmt zu, wenn die Lichtstärke abnimmt, was ­zum Beispiel dann der Fall ist, wenn der Tag in die Nacht übergeht. Ein weiteres Protein (auch FKF-1 genannt) scheint das Gegenteil der Zeitlupe zu sein. Es wird während des Tageslichts aktiver und scheint bei der Messung von Jahreszeiten eine Rolle zu spielen.

Das mag zwar nach einer relativ kleinen Entdeckung aussehen, doch diese könnte es uns bald ermöglichen, Pflanzen so abzuwandeln, dass sie in Gebieten wachsen, in denen sie normalerweise nicht vorkommen, resistenter gegen Trockenheit werden und ihre landwirtschaftliche Produktivität anderweitig verbessert wird. Wenn wir die Proteinsignalisierung der Zellen einer Pflanze ändern könnten, wären wir in der Lage, sie auf eine Weise zu kontrollieren, die sowohl für Menschen als auch für Pflanzen von Vorteil ist.

Botanik und der circadiane Rhythmus

Wir sind von der Botanik abhängiger als wir es oft realisieren, da wir sie als Nahrungsmittel, Schutz und ihren Sauerstoff zum Atmen benötigen. Einige der allerersten Experimente wurden an Pflanzen vorgenommen. Das trifft vor allem auf jenen Bereich der Chronobiologie zu, der mit Jean Jacques d’Ortous de Mairan gegründet wurde, als er die Bewegungen von Mimosenblättern aufzeichnete und schließlich zeigen konnte, dass sie einem circadianen Rhythmus folgen. Dies war jedoch erst der Anfang. Carl Linnaeus entdeckte, dass sich Blüten rhythmisch öffnen und schließen und dies entsprechend der Tageszeit tun, selbst wenn sie sich in einem dunklen Zimmer befinden. Die Proteinsignalisierung könnte die Antwort auf ein paar dieser sehr alten Fragen sein. Es gibt jedoch noch viel zu lernen.

Wie Chronobiologie das Leben verbessern kann

Neue Entdeckungen über den circadianen Rhythmus kommen ständig ans Licht. Dadurch könnten Krankheiten geheilt werden und Menschen die Möglichkeit bekommen, ein glücklicheres und gesünders Leben zu führen. Erkenntnisse über den circadianen Rhythmus von Pflanzen betreffen womöglich noch mehr Menschen. In einer Welt, in der Wassermangel herrscht und es häufig zu wenig Nahrungsmittel gibt, könnte eine effizientere Agrarwirtschaft Millionen dabei helfen, länger und gesünder zu leben.

Woher weiß eine Blüte, dass es an der Zeit ist, sich zu öffnen? Auch wenn die Antwort darauf nicht einfach sein mag, haben wir dennoch eine Antwort auf diese uralte Frage gefunden. Da wir für die wissenschaftliche Forschung immer neuere Technologien entwickeln, gibt es ständig neue Entdeckungen und Fragen, die es zu beantworten gilt.