Wood Wide Web: Wie kommunizieren die Pflanzen?

Das Baumverbindungsnetz, auch Wood Wide Web oder Wood Wide Network genannt, wurde erstmals von Suzanne Simard, einer kanadischen Waldökologin, entdeckt. Das Experiment wurde 1997 in der Wissenschaftszeitschrift Nature veröffentlicht und zeigte die Existenz einer Verbindung, die von Pilznetzwerken und anderen Mikroorganismen gebildet wird, um Zucker, andere Nährstoffe und Informationen zwischen verschiedenen Bäumen unterirdisch zu transportieren. Diese Entdeckung veränderte die Sichtweise auf Wälder, die aus Bäumen bestehen, die keine eigenständigen Einheiten sind.

Es handelt sich im Wesentlichen um eine mutualistische symbiotische Interaktion: beide Akteure, d.h. Pflanzen und Pilze, interagieren hauptsächlich und beide gewinnen einen Vorteil. Insbesondere kann die Pflanze von den Pilzen die schwierig zu absorbierenden Mineralien erhalten und von einem effizienten horizontalen Transport verschiedener Moleküle mit benachbarten Pflanzen profitieren, während der Pilz, der seine fadenförmigen "Arme" um die Wurzeln der Pflanze wickelt, den durch die Photosynthese erzeugten Zucker als Energiequelle erhalten kann. Diese Wechselwirkung wird als Mykorrhiza bezeichnet, die sich aus den griechischen Begriffen "Pilz" und "Wurzel" zusammensetzt und von den Wurzeln der Bäume und dem Pilzmyzel gebildet wird, dem Teil des Pilzes, der einem verschlungenen Netz aus Fäden, den so genannten "Hyphen", ähnelt. Mykorrhizapilze können als der häufigste mutualistische Partner für Pflanzen angesehen werden; tatsächlich sind mehr als 80 % der Wurzeln von Landpflanzen von einem Mykorrhizanetzwerk besiedelt.

Das Mykorrhizanetz besteht aus Pilzen, biologischen Organismen, die jede Umgebung besetzen und in der Lage sind, auch an unwirtlichen Orten zu wachsen und sich zu vermehren. Pilze sind auf der Ebene des Stoffwechsels sehr vielseitig, was es ihnen ermöglicht, Beziehungen jeglicher Art einzugehen. Sie kommen mit den Pflanzen sowohl im Spross als auch in den Wurzeln in Kontakt, sowohl zur Ernährung als auch zur Verteidigung. Die Pilze, die das Mykorrhizanetz bilden, werden in Ektomykorrhizen und Endomykorrhizen unterteilt, zu denen auch die arbuskulären Mykorrhizen gehören. Bei der Ektomykorrhiza handelt es sich um eine örtlich begrenzte Symbiose auf der Wurzelebene von Bäumen in warmer Umgebung, bei der die Pilze intrazelluläre Räume besetzen und sich auch im Boden ausbreiten. Die Endomykorrhiza hingegen ist immer auf der Wurzelebene von Bäumen in kühleren Ökosystemen zu finden, und die Pilze besiedeln das Innere der Zellen und sind in kälteren Ökosystemen zu finden.

Das dichte Pilzgeflecht ermöglicht die Übertragung einer großen Vielfalt von Verbindungen und Signalen zwischen den Pflanzen; diese Kommunikation kann das Verhalten der Pflanzen selbst als Reaktion auf diese Stimuli verändern. Das Verhalten der Pflanzen äußert sich in Veränderungen der Morphologie oder Physiologie als Reaktion auf äußere Reize. Im Allgemeinen ist Kohlenstoff das Hauptelement, das das lange unterirdische Netz durchzieht, das die Regeneration der Wälder ermöglicht. Je nach Art der entstandenen Symbiose können sich die Moleküle, die entlang der Pilzfäden transportiert werden, ändern. Bei der Interaktion mit Ektomykorrhizapilzen ist der Zugang und die Übertragung von Stickstoff besser, so dass diese Art der Assoziation in Systemen mit begrenztem Stickstoffangebot vorteilhafter ist.

Die Kommunikation ändert sich je nach den transportierten Molekülen und den Arten der an der Interaktion beteiligten Organismen. Im Falle einer Gefahr, wie z.B. einem Parasitenbefall, kann eine Pflanze chemische Signale durch das Myzel senden, um benachbarte Pflanzen zu warnen und ihre Abwehrmechanismen zu aktivieren. Das Pilznetzwerk kann bei der Regulierung der Kohlenstoffzufuhr sehr nützlich sein: Wenn mehr Kohlenstoff als vom Netzwerk benötigt ankommt, kann der Überschuss zu einer Pflanze geleitet werden, die ihn benötigt. Eine ähnliche Situation kann sich in Gebieten ergeben, in denen die Pflanzen dichter beieinander stehen, wo sich ein System herausbildet, bei dem einige Pflanzen weiter oben stehen und daher das Licht nutzen und viel Zucker produzieren können, während andere Pflanzen, die weiter unten im schattigen Unterholz stehen, den von den ersteren erzeugten Kohlenstoff aufnehmen können.

Die Ökologin Suzanne Simard hat in ihren Experimenten auch das Vorhandensein von Hub-Bäumen, auch Mutterbäume genannt, nachgewiesen. Diese Bäume sind die größten und ältesten und fungieren als Kommunikationsknotenpunkte eines Netzwerks, die Verbindungen mit einer großen Anzahl verschiedener Exemplare und Arten unterhalten. Insbesondere "kümmern" sie sich wie eine Mutter um die jüngsten und schwächsten Pflanzen, indem sie ihnen über das Mykorrhizanetz Ressourcen zur Verfügung stellen und auch Gefahrensignale übermitteln, um die gesamte Waldgemeinschaft vor einem möglichen Krankheitserreger oder einer Hungersnot zu warnen.

Bäume sind Organismen, die sich mit einem Kommunikations- und Informationsübertragungsmechanismus entwickelt haben, der sehr unterschiedlich zu unserem und dem der Tierwelt ist. Es gibt kein Nervensystem, nicht einmal angedeutet, und doch sind pflanzliche Organismen in der Lage, wahrzunehmen, irgendwie "zu lernen", und haben ein Gedächtnis, indem sie auf Reize reagieren, indem sie ihren Zustand sowohl physiologisch als auch morphologisch verändern. Die Kommunikation zwischen den Pflanzen erfolgt nicht nur unterirdisch über das Mykorrhizanetz, sondern auch durch die Freisetzung von Chemikalien und Hormonen in die Luft. Auf diese Weise ist eine Gruppe von Pflanzenorganismen in einem bestimmten Gebiet in der Lage, Nährstoffe auszutauschen und vor Gefahren wie Krankheitserregern oder Trockenheit zu warnen, so dass sie in der Lage ist, bestmöglich zu reagieren, um sich selbst und ihre Artgenossen zu schützen.

Das unterirdische Netz ist mehreren menschlichen Bedrohungen ausgesetzt. Abholzung, Bodenverschmutzung und Klimawandel sind die drei Hauptursachen. Wälder haben, wie jedes Ökosystem, ihr eigenesökologisches Gleichgewicht, das durch das Vorhandensein und die Gesundheit der Bäume, die das Ökosystem bilden, und des Pilznetzes, das sie miteinander verbindet und den Untergrund besiedelt, gewährleistet wird. Die Zerstörung dieser unterirdischen Ökosysteme kann verheerende Auswirkungen auf die Wälder haben; die Verabschiedung von Waldbewirtschaftungsmaßnahmen muss daher das Vorhandensein des weiten Holznetzes berücksichtigen. Außerdem könnte die Vertiefung und gute Bewirtschaftung dieses Netzes positive Auswirkungen auf die Landwirtschaft haben und die Ernteerträge steigern.

Die Entdeckung dieses zusammenhängenden Netzes von Bäumen hat zu einer Änderung des Ansatzes für die Waldbewirtschaftung und die Biodiversität dieser Ökosysteme geführt. In Anbetracht des Vorhandenseins und der Bedeutung von Nabenbäumen ist ihre Erhaltung entscheidend für den Schutz des gesamten Waldökosystems. Darüber hinaus werden Boden und Unterboden noch wichtiger, und die Erhaltung dieser Ressource wird entscheidend für die Widerstandsfähigkeit der Wälder. Schließlich muss bei der Bewirtschaftung des Ökosystems Wald eine systemische Sichtweise eingenommen werden, bei der die Bäume nicht mehr als isolierte Individuen betrachtet werden, sondern die Komplexität der Wechselwirkungen berücksichtigt wird, die auch auf der unterirdischen Ebene bestehen.