Während sich die Erde dreht und die Sonne von Osten nach Westen über den Himmel wandert, drehen die Sonnenblumen ihre leuchtend gelben Gesichter, um ihr zu folgen. Die Mechanismen hinter diesem Prozess, Heliotropismus genannt, sind für Pflanzenbiologen immer noch ein Rätsel. Eine am 31. Oktober in der Zeitschrift veröffentlichte Studie PLOS-Biologie schließt wahrscheinlich aus, dass die Fähigkeit einer Sonnenblume, der Sonne zu folgen, mit einer bekannteren Reaktion auf Licht zusammenhängt, der alle Pflanzen folgen. Stattdessen sind Sonnenblumen wahrscheinlich auf mehrere kompliziertere Prozesse angewiesen, um der Sonne zu folgen.
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Da Pflanzen an einem Ort verwurzelt sind, können sie sich nicht bewegen, wenn das Licht, das sie für die Nahrungsproduktion benötigen, durch einen Nachbarn blockiert wird oder wenn sie an einem schattigen Ort stehen. Sie sind auf Wachstum oder Dehnung angewiesen, um sich dem Licht zu nähern, und dahinter stecken mehrere molekulare Systeme. Die bekannteste Reaktion ist die phototrope Reaktion. Proteine, sogenannte Phototropine, spüren blaues Licht, das ungleichmäßig auf einen Sämling fällt, und die Wachstumshormone der Pflanze werden neu verteilt. Dies führt letztlich dazu, dass es sich dem Licht entgegenbiegt.
Pflanzenbiologen gehen seit langem davon aus, dass die Fähigkeit der Sonnenblume, der Sonne zu folgen, auf demselben Mechanismus wie der Phototropismus beruht. Um der Sonne zu folgen, neigt sich der Kopf der Sonnenblume etwas mehr zur Ostseite ihres Stängels. Dadurch wird der Kopf in die Richtung ausgerichtet, in der die Sonne aufgeht. Dann verschiebt es sich nach Westen, während die Sonne über den Himmel wandert. Eine frühere Studie zeigte, dass Sonnenblumen über eine innere innere Uhr verfügen, die den Sonnenaufgang vorwegnimmt und das Öffnen ihrer Blüten mit der Zeit koordiniert, zu der bestäubende Insekten am Morgen eintreffen.
Um zu untersuchen, ob es sich bei dieser Fähigkeit zur Sonnenverfolgung um einen Shru handelt, verwendete das Team hinter der neuen Studie im Labor gezüchtete Sonnenblumen und andere, die im Freien im Sonnenlicht gezüchtet wurden. Sie untersuchten, welche Gene aktiviert wurden, wenn beide Pflanzengruppen ihren Lichtquellen ausgesetzt wurden. Die Zimmersonnenblumen wuchsen direkt auf ihre blaue Lichtquelle im Labor zu und aktivierten die mit Phototropin verbundenen Gene. Die Blumen, die im Freien wuchsen und ihre Köpfe mit der Sonne schwangen, wiesen ein anderes Muster der Genexpression auf. Diese Sonnenblumen wiesen auch keine offensichtlichen Unterschiede in den Phototropinmolekülen zwischen einer Seite des Stängels und einer anderen auf.
„Wir waren immer wieder überrascht von dem, was wir herausgefunden haben, als wir untersuchten, wie Sonnenblumen jeden Tag der Sonne folgen“, sagte die Co-Autorin der Studie und Pflanzenbiologin von der University of California, Davis, Stacey Harmer, in einer Erklärung. „In diesem Artikel berichten wir, dass sie unterschiedliche molekulare Wege nutzen, um Tracking-Bewegungen zu initiieren und aufrechtzuerhalten, und dass die Photorezeptoren, die am besten dafür bekannt sind, das Biegen von Pflanzen zu verursachen, in diesem bemerkenswerten Prozess eine untergeordnete Rolle zu spielen scheinen.“
Das Team blockierte außerdem blaues, ultraviolettes, rotes oder dunkelrotes Licht mit Schattenboxen. Die Scheuklappen hatten keinen Einfluss auf die Heliotropismus-Reaktion. Laut dem Team deutet dies darauf hin, dass es wahrscheinlich mehrere Wege gibt, die auf unterschiedliche Lichtwellenlängen reagieren, um dasselbe Ziel, nämlich der Sonne zu folgen, zu erreichen.
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Die am Heliotropismus beteiligten Gene sind noch nicht identifiziert. „Wir scheinen den Phototropinweg ausgeschlossen zu haben, aber wir haben keinen eindeutigen Beweis gefunden“, sagte Harmer.
Als die im Labor gezüchteten Sonnenblumen nach draußen gebracht wurden, begannen sie bereits am ersten Tag, der Sonne zu folgen. Sie zeigten zunächst einen enormen Anstieg der Genexpression auf der Schattenseite der Pflanze, der in den folgenden Tagen nicht mehr auftrat. Harmer sagte, dies deutet darauf hin, dass in der Anlage eine Art „Neuverkabelung“ im Gange sei.
Diese Arbeit untersucht nicht nur einen Teil des Prozesses, der dahinter steckt, wie Sonnenblumen der Sonne folgen, sondern ist auch für die Gestaltung zukünftiger Experimente mit Pflanzen relevant, um deren Mechanismen zu verstehen.
„Dinge, die man in einer kontrollierten Umgebung wie einer Wachstumskammer definiert, funktionieren in der realen Welt möglicherweise nicht“, sagte Harmer.
