Als Prof. Suzanne Simard bemerkte, dass die Bäume miteinander sprachen, war das keine große Überraschung.
Sie begann ihre Karriere als Försterin und arbeitete mit Bäumen, die in einheitlichen Reihen gepflanzt wurden, aber die Natur, die sie kannte, kam nicht in Reihen. Es war unglaublich chaotisch, komplex und verbunden.
„Wenn Sie in einem wilden Wald spazieren gehen, können Sie sehen, dass die Pflanzen ineinander verschlungen sind, sie bieten einander Lebensraum“, erklärt sie. Die Natur ist, wie Simard es sieht, ein Netzwerk:eine Masse von interagierenden Komponenten, die aufeinander angewiesen sind, um zu funktionieren.
Das war in den 1990er Jahren, als aufregende neue Entdeckungen über unterirdische Verbindungen zwischen Pilzen und Pflanzenwurzeln auftauchten, die als Mykorrhiza (wörtlich „Pilzwurzel“) bezeichnet werden.
„Zu dieser Zeit beschäftigten sich viele Menschen in der Forstwirtschaft damit, wie Bäume um Licht konkurrieren“, erklärt Simard, der heute Waldökologe an der University of British Columbia ist.
„Aber ich interessierte mich immer mehr dafür, was unter der Erde vor sich ging, weil ich herausfand, dass dort die Action stattfand.“
Sie hatte recht. Unter unseren Füßen stehen Pflanzen in einem ständigen Dialog.
Geschichten von Freundschaft, Gier und Verrat entfalten sich über ein unterirdisches Netzwerk, eine mikroskopische Version der Verbindungen, die Simard in ihren geliebten Wäldern über der Erde sehen konnte. Dieses Netzwerk ist als „Wood-Wide Web“ bekannt.
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Mykorrhiza ist überall. Jeder Schritt durch einen Wald kann Hunderte von Kilometern dicht gepackter Pilzfäden bedecken. Das sind die Glasfaserkabel des holzweiten Netzes.
Der Pilz bildet Mykorrhiza mit Pflanzenwurzeln und leitet durch diese Verbindungen Substanzen weiter, die beide Organismen zum Wachsen benötigen.
Diese Beziehung wird seit Jahrzehnten als direkter Austausch verstanden zwischen Pflanzen und Pilzen:Pflanzen liefern kohlenstoffreiche Zucker, die durch Photosynthese hergestellt werden, und erhalten im Gegenzug Nährstoffe wie Phosphor und Stickstoff, die die Pilze aus dem Boden aufnehmen.
Das gemeinsame Mykorrhiza-Netzwerk
Doch es gibt noch eine weitere Interaktionsebene; ein Austausch nicht nur zwischen Pilz und Pflanze, sondern auch zwischen benachbarten Pflanzen, wobei Pilze als Durchgangsweg genutzt werden.
Während sich die Pilzfäden ausbreiten, können sie sich mit mehreren Pflanzen verbinden und Netze bilden, die als „gemeinsame Mykorrhiza-Netzwerke“ bekannt sind. Durch diese Netzwerke können Pflanzen Zucker, Nährstoffe, Wasser und mehr austauschen.
„Ich nenne es ‚die Sprache der Bäume‘“, sagt Simard, und anscheinend haben die Bäume viel für sich selbst zu sagen. Indem Pflanzen, die durch gemeinsame Mykorrhiza-Netzwerke verbunden sind, ermutigt werden, Isotope (Isotope sind Atome eines Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen) einer Ressource wie Kohlenstoff aufzunehmen, ist es möglich, den Fortschritt der Ressource von einer Pflanze zur anderen zu verfolgen.
Aus dieser Forschung ergibt sich ein Bild von Menschen, die mit Bedürftigen teilen, von „Mutterbäumen“, die Kohlenstoff an Setzlinge senden, und von absterbenden Bäumen, die Nährstoffe an ihre Nachbarn spenden.
Einige Bäume bevorzugen sogar, indem sie mehr Ressourcen an eng verwandte Pflanzen verteilen. Nährstoff- und Wasserspenden erfolgen über ein „Quelle-Senke“-Gefälle, wobei eine Pflanze, die reich an einer bestimmten Ressource ist, ihren Überschuss an Bedürftige abgibt.
Es scheint, dass Pflanzen sich gegenseitig unterstützen können, indem sie in Verbindung bleiben die Ökosysteme, in denen sie leben, mitgestalten. Mit all ihren miteinander verbundenen Bewohnern sehen Wälder weniger wie Ansammlungen von Individuen aus, sondern eher wie riesige Superorganismen.
Das Wood-Wide-Web ist jedoch nicht auf Wälder beschränkt. Mykorrhiza kommt überall vor, wo Sie Vegetation finden, von tropischen Regenwäldern bis hin zu arktischer Tundra, und sie fördert das Wachstum der überwiegenden Mehrheit der Landpflanzen.
Die Netzwerke, die sie bilden, sind komplex, umfassen oft nicht nur mehrere Pflanzen, sondern mehrere Arten, und je nach Pilzart können unterschiedliche Materialien ausgetauscht werden. In den letzten Jahren haben Forscher gezeigt, dass Pflanzen, die mit dem waldweiten Netz verbunden sind, mehr als nur Nährstoffe austauschen können.
Wenn Ackerbohnenpflanzen von Blattläusen angegriffen werden, setzen sie Chemikalien frei die nicht nur ihre Angreifer abwehren, sondern auch Wespen anlocken, die den Blattläusen nachjagen. Es ist eine geniale, zweigleisige Verteidigungsstrategie.
Professor David Johnson, ein mikrobieller Ökologe an der Universität Manchester, wollte herausfinden, ob Mykorrhiza-Netzwerke verwendet werden könnten, um Vorwarnungen auszusenden und Pflanzen wissen zu lassen, dass ein Angriff bevorsteht.
Dazu brachte er Blattläuse in Pflanzen ein und beobachtete, wie ihre Nachbarn reagierten. „Wir fanden heraus, dass Pflanzen die gleiche Reaktion zeigen, wenn ihr Nachbar angegriffen wird“, sagt er, „aber nur, wenn ihre Wurzelsysteme durch diese gemeinsamen Mykorrhiza-Pilznetzwerke verbunden sind.“
Diese Pilzkommunikation ist langsam, eher DFÜ- als Breitband, scheint aber dennoch eine Rolle bei der Weitergabe von Nachrichten zwischen Pflanzen zu spielen, von hungrigen Raupen bis hin zu schädlichen Krankheitserregern.
Wettbewerb und Kooperation
So weit, so freundlich. Die Idee, dass Pflanzen ihrem Nachbarn eine helfende Hand oder einen Zweig geben, ist nett, aber der Evolutionsbiologe Prof. Toby Kiers von der Vrije Universiteit Amsterdam hält das für unrealistisch.
„Wir sehen Harmonie, weil wir Harmonie sehen wollen“, erklärt sie. „Es passt zu unserem Weltbild der Natur als ultimativer Ernährerin. Aber schauen Sie unter die Oberfläche, und es ist alles andere als harmonisch.“ Schließlich ist ein Nachbar in einer Umgebung mit begrenzten Ressourcen nur ein anderer Name für einen Rivalen.
Die Arbeit von Kiers und ihren Kollegen legt nahe, dass sie weniger in die Erhaltung der Pilze investieren, wenn verschiedene Pflanzenarten mit demselben Pilznetzwerk verbunden sind. Für sie macht das absolut Sinn. Wenn Pilznetzwerke den Konkurrenten einer Pflanze zugute kommen, warum in sie investieren?
Wie sein Online-Gegenstück hat das Wood-Wide Web eine dunkle Seite.
Für jede Birke, die Kohlenstoff an ihre Nachbartanne spendet, gibt es eine Orchidee, die Kohlenstoff von nahegelegenen Bäumen stiehlt. Für jede Pflanze, die andere über einen Krankheitsausbruch informiert, sendet eine andere Giftstoffe aus, um ihre Konkurrenten zu töten.
Konkurrenz, mindestens ebenso wie Kooperation, bestimmt die Holz- breites Netz. Selbst ein scheinbar freundschaftlicher Austausch ist jedoch möglicherweise nicht alles, was er zu sein scheint.
Dr. Kathryn Morris von der Xavier University in Ohio hat Jahre damit verbracht, sowohl die "bösen als auch die netten" Gespräche zu belauschen, die Pflanzen über Mykorrhiza-Netzwerke führen.
„Es ist verlockend zu glauben, dass die Pflanzen anderen Pflanzen helfen“, erklärt Morris und hebt das besonders kuschelige Beispiel hervor, bei dem ältere Bäume Setzlinge mit Kohlenstoff „füttern“. Aber anstatt gefüttert zu werden, sagt sie, könnte man dies genauso gut als jüngere Bäume ansehen, die das Netzwerk parasitieren.
Widersprüchlichkeit und Abhängigkeit
Und was ist mit den Pilzen? Obwohl die Beziehung zwischen Pflanzen und Pilzen auf Gegenseitigkeit zu beruhen scheint, finden wir auch hier Individuen, die nach Nummer eins Ausschau halten.
„Die Grundlage aller kooperativen Beziehungen ist der Konflikt“, erklärt Kiers. „Wir alle wollen die Auszahlungen aus der Beziehung maximieren. Pflanzen und Pilze sind da nicht anders.“
In diesem Fall wollen die Pflanzen und die Pilze ihren Partnern die benötigten Ressourcen entziehen und so wenig wie möglich zurückgeben. Während Pilze in Experimenten oft nur als Pfade in Mykorrhiza-Netzwerken behandelt wurden, spielen sie wahrscheinlich eine weitaus aktivere Rolle.
"Es gibt guten Grund zu der Annahme, dass sie eine Art Kontrolle haben sollten", sagt Johnson.
Die eigentliche Entstehung des waldweiten Netzes – Pilze verbinden sich mit mehreren pflanzlichen Wirten – kann nur auftreten, weil die Pilze davon profitieren, eine vielfältige Gruppe von Partnern zu haben, von denen sie Kohlenstoff erhalten.
Pilze sind im Allgemeinen im Nachteil, denn obwohl Pflanzen auch ohne sie Nährstoffe aus dem Boden ziehen könnten, sind viele Mykorrhizapilze zum Überleben vollständig auf die Pflanzen angewiesen.
Um gleiche Wettbewerbsbedingungen zu schaffen, könnten Pilze in diesen Netzwerken den Zugang ihres Pflanzenwirts zu Ressourcen einschränken und das schaffen, was Kiers „eine Art Sucht“ nennt.
"Wenn ich Ihren direkten Zugang zu Lebensmitteln einschränke, werden Sie abhängiger von mir, um diese Lebensmittel bereitzustellen", erklärt sie.
Derzeit beschränken sich die meisten Untersuchungen darauf, die Bewegung von Signalen oder Ressourcen von Pflanze A nach Pflanze B festzustellen. „Ein Mykorrhiza-Netzwerk ist unglaublich komplex, und die Tatsache, dass wir sogar a Das Signal, das von einer Anlage zur anderen geht, ist erstaunlich“, sagt Simard, der glaubt, dass es viele verschiedene Mechanismen gibt, die die Kommunikation über diese Netzwerke steuern.
Morris zum Beispiel hat die Idee untersucht, dass die Übertragung von Signalen ein passiver Prozess ist, bei dem Chemikalien auf Wasser reiten, das sich ohnehin bewegt. Die Übertragungsmechanismen sind uns jedoch größtenteils noch unbekannt.
„Es gibt eine Million Wege, die in alle möglichen Richtungen gehen können, und daher ist es zu einfach zu glauben, dass es nur ein Mechanismus ist, oder zu glauben, dass die Pilze selbst nicht beteiligt sind. “, erklärt Simard.
Komplexität in Hülle und Fülle
Sprache, Superorganismen, Wood-Wide-Web – die Diskussion über Mykorrhiza-Netzwerke ist sicherlich nicht ohne Metaphern, aber keine von ihnen erfasst die Komplexität dieser Netzwerke mit ihrer subtilen Mischung aus Kooperation und Konflikt.
Vielleicht ist die wirkungsvollste Beschreibung die von Simard bevorzugte:„ Die Arbeit, die ich mache, ist eine große Metapher dafür, wie wir miteinander und mit unseren eigenen sozialen Systemen umgehen“, sagt sie.
„Wir haben Journalisten, Wissenschaftler, Lehrer, Ärzte und alle zusammen haben wir eine Gesellschaft. Und wenn Sie alle Lehrer ausschalten, funktioniert dieses System nicht mehr.“
Damit ein Ökosystem funktionsfähig bleibt, müssen alle seine Komponenten vorhanden sein.
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Sind diese Gesellschaften also sozialistische Utopien, deren Ressourcen gleichmäßig auf alle Beteiligten verteilt sind, oder sind Mykorrhiza-Netzwerke von kapitalistischen Betrieben kontrolliert, die versuchen, ihre Verbindungen für Profit auszubeuten?
Nun, vielleicht sind sie ein bisschen von beidem.
Diese Pflanzengesellschaft zeichnet sich ebenso wie die menschliche Gesellschaft durch Vielfalt aus, mit ihrer Fähigkeit zu helfen und zu behindern, zu kooperieren und auszubeuten. Genau wie Simard vermutet, ist die Natur auf Verbindungen aufgebaut, und wir auch.
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 308 von BBC Focus .