Die Methoden der Integrativen Pflanzen Wissenschaft zur Analyse des pflanzlichen Alterungsprozesses

Wie bei fast allen Lebewesen, verläuft auch das Leben der Pflanzen zyklisch. Eine einjährige Pflanze bekommt nur einmal Blätter und Blüten, während sich bei einer mehrjährigen Pflanze dieser Vorgang ständig wiederholt. Sobald Pflanzen ihre Blätter nicht mehr benötigen, lassen sie sie in einem streng kontrollierten Abbauprozess sterben. Bevor es dazu kommt, sichern sie sich jedoch alle, für ihr weiteres Leben notwendigen, Eiweiße und Mineralstoffe, die in diesen Blättern enthalten sind. Die Ackerschmalwand, die ihre Blätter bereits vor der Blütenbildung abwirft, speichert diese Stoffe zunächst in den Blüten und später in den sich entwickelnden Samen. Auf diese Weise werden die lebenswichtigen Substanzen sogar an die nächste Generation weitergegeben.

Das baldige Absterben der Blätter löst in Pflanzen ein bestimmtes Signal aus, das ihnen anzeigt, dass die Zeit gekommen ist, sich zurück zu bilden. Mit den Methoden der Integrativen Pflanzen Wissenschaft kann erforscht werden, welche komplizierten genetischen Prozesse das bewirken. Zudem kann herausgefunden werden, wie sich die Aktivitäten der Gene bei den alternden Pflanzen verändern.

Hauptsächlich findet die Photosynthese in den Blättern der Pflanzen statt. Die Blätter sorgen also dafür, dass Pflanzen aus Licht gewonnene Energie speichern können, die ihnen dabei hilft, Zucker und andere für sie lebensnotwendige Stoffe herzustellen. Deshalb ist selbst die Rückbildung der Blätter ein aktiver, energieaufwändiger Prozess. Man kann es sogar so betrachten, dass dabei der Transport der für die Pflanze noch wertvollen Stoffe in andere Pflanzenteile im Vordergrund steht, also den Rückbildungsprozess bestimmt. Dass die Pflanze gerade zu dem Zeitpunkt, an dem sie ein bestimmtes Alter erreicht hat, ihre Blätter abwirft, ist ein Grund dafür, dass dieser Alterungsprozess durch Eingriffe von Außen immer wieder rückgängig gemacht werden kann. Beispielsweise ist es bei Tabakpflanzen möglich, ein Absterben der Blätter zu verhindern, indem die Blüten und Schoten entfernt werden. Eine Behandlung mit Pflanzenhormonen kann sogar bewirken, dass die Blätter wieder ergrünen.

Um mit den Methoden der Integrativen Pflanzen Wissenschaft alle Abläufe, die während des pflanzlichen Alterungsprozesses stattfinden, ergründen zu können, wird zunächst das Modell einer konkreten Pflanze erstellt. Sehr häufig verwenden Biologen für ihre Forschungen die Ackerschmalwand. Die Gründe dafür sind ihre Widerstandsfähigkeit und ihr vollständig bekanntes Genom. Die Blätter der Ackerschmalwand zeigen unter Laborbedingungen schon, wenn die Pflanze ein Alter von sechs bis sieben Wochen erreicht hat, erste Anzeichen der Rückbildung. Sie verlieren ihre Kraft und ihre Farbe, bis sie schließlich gelb und welk aussehen. In der integrativen Pflanzen Wissenschaft geht es darum, herauszufinden, wodurch dieser Vorgang ausgelöst wird.

Im Modellsystem beträgt die Photosyntheserate der Pflanze schon nach etwa sechs Tagen nur noch die Hälfte ihres Maximums. Dieser Rückgang könnte einer der Auslöser für das schnelle Welken der Blätter bei der Ackerschmalwand sein. Außerdem wird vermutet, dass auch Oxidanzien und freie Sauerstoffradikale den Alterungsprozess der Pflanze wesentlich beeinflussen. So produziert der pflanzliche Organismus, noch bevor die ersten Anzeichen der Blattalterung zu erkennen sind, immer weniger Enzyme, die Sauerstoffradikale binden. Daraus kann man schließen, dass die Lebensdauer von Pflanzen wie der Ackerschmalwand auch von den Stoffwechselfunktionen dieser Organismen abhängt. Die verstärkte Konzentration von chemischen Verbindungen in der Pflanze wie Wasserstoffperoxid, ist offenbar das Signal für den Beginn der Blattalterung.