Pflanzenforscher erhält 1,5 Millionen Euro
20.05.2019Wie zählt und rechnet die Venusfliegenfalle? Das will der Würzburger Pflanzenforscher Rainer Hedrich herausfinden. Für sein Projekt erhält er 1,5 Millionen Euro aus einem renommierten Förderprogramm.
In ihrem Reinhart-Koselleck-Programm fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ausgewählte, herausragende Wissenschaftsprojekte. Wer sich hier mit seiner Bewerbung durchsetzen will, muss besondere wissenschaftliche Leistungen vorweisen können und ein besonders innovatives Projekt planen.
Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) erfüllt diese Kriterien. Der Professor hat in den vergangenen Jahren, gefördert durch einen ERC Grant des Europäischen Forschungsrates, immer wieder neue und aufsehenerregende Erkenntnisse über die fleischfressende Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) veröffentlicht. Dabei kam unter anderem heraus, dass diese Pflanze bis fünf zählen kann.
Nun will Hedrich den mathematischen Fähigkeiten dieser Pflanze noch tiefer auf den Grund gehen. Außerdem will er herausfinden, wie und wann Pflanzen in der Evolution das Zählen gelernt haben. Die DFG stellt ihm dafür rund 1,5 Millionen Euro aus dem Koselleck-Programm zur Verfügung. Das Fördergeld kann der JMU-Professor, abgestimmt auf den wissenschaftlichen Fortschritt des Projekts, frei für Personal und wissenschaftliche Geräte verwenden.
Venusfliegenfalle zählt elektrische Signale
Die Fähigkeit, die Anzahl von Objekten abzuschätzen oder zu zählen, ist im Tierreich weit verbreitet. Aber auch Pflanzen können das, wie Hedrich an der Venusfliegenfalle gezeigt hat. Diese lebt in einer nährstoffarmen Umgebung und fängt mit ihrer Klappfalle Insekten und andere Tiere als Zusatznahrung. Wenn ein Insekt auf der Falle landet und dort spezielle Sinneshaare berührt, werden elektrische Signale ausgelöst, die sich über die Oberfläche der Zellen ausbreiten. Sobald die sich bewegende Beute zwei Signale auslöst, schließt sich die Falle und hält das Opfer fest – nun beginnt der Zyklus der Beuteverarbeitung.
Hedrichs Team hat nachgewiesen, dass die Venusfliegenfalle im Verlauf dieses Zyklus‘ immer wieder die Anzahl elektrischer Signale (Aktionspotentiale) zählt und abspeichert. Mit dieser Information kann sie die Größe und den Nährstoffgehalt der Beute abschätzen. „Die Pflanze wägt also ständig ab, ob es sich lohnt, den aufwändigen Verdauungszyklus fortzusetzen oder nicht“, sagt Hedrich. Auf diese Weise kann sie das Kosten-Nutzen-Verhältnis des Beutefangs ausbalancieren.
Forschungsprogramm des Koselleck-Projekts
Welche molekularen Mechanismen liegen dieser frequenzabhängigen Entscheidungsfindung zugrunde? Das möchte der Würzburger Professor jetzt im Rahmen des Koselleck-Projekts erforschen. „Dafür werden wir neben den Komponenten des Aktionspotentials auch die Zelltypen identifizieren, die das elektrische Signal erzeugen und weiterleiten“, so Hedrich.
Bei dem Projekt kommen auch Dionaea-Mutanten zum Einsatz, bei denen die Reizweiterleitung zwischen elektrischer Erregung und dem schnellen Zuklappen der Falle gestört ist. Mit ihrer Hilfe sollen die Kernkomponenten des „Kurzzeitgedächtnisses“ der Pflanze identifiziert werden. Durch Vergleich mit anderen fleischfressenden Pflanzen möchte der JMU-Forscher die zellulären Grundlagen für den Prozess des Zählens, die hapto-elektrische Signalweiterleitung und die darauf basierende Entscheidungsfindung bestimmen.
Kontakt
Prof. Dr. Rainer Hedrich, Lehrstuhl für Botanik I (Pflanzenphysiologie und Biophysik), Universität Würzburg, T +49 931 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de
