Pflanzenvielfalt prägt die chemische Kommunikation in Ökosystemen

Forschende des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und der Universität Kiel konnten durch Feldversuche im Grasland nachweisen, dass der Verlust an Pflanzenvielfalt die chemische Kommunikation innerhalb von Ökosystemen tiefgreifend stört. Es zeigte sich, dass artenreiche Pflanzengemeinschaften deutlich komplexere und vielfältigere Duftsignale aussenden als monokulturelle Flächen. Nimmt die Artenvielfalt ab, verändern sich diese unsichtbaren Signale massiv, was die Interaktionen zwischen den Lebewesen neu gestaltet. Dabei sind nicht nur ganze Gemeinschaften betroffen, sondern auch einzelne Pflanzen: So wird etwa der Spitzwegerich indirekt durch die veränderten Gerüche seiner Nachbarn beeinflusst. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass Biodiversität weit über den reinen Artenreichtum hinausgeht, da sie als zentraler Steuermechanismus für chemische Kommunikationsnetzwerke fungiert, deren Störung weitreichende ökologische Folgen haben kann.

Biodiversität steuert Duftsignale in Pflanzengemeinschaften

Die Kommunikation von Pflanzen mit ihrer Umwelt erfolgt durch die Abgabe flüchtiger organischer Verbindungen über Blüten, Blätter oder Wurzeln. Diese Signalmoleküle erfüllen dabei verschiedene Funktionen: Sie dienen dem Anlocken von Bestäubern, der Abwehr von Fressfeinden und ermöglichen zudem den Austausch der Pflanzen untereinander. Vor diesem Hintergrund untersuchte ein Forschungsteam unter der Leitung von Sybille Unsicker, wie sich die pflanzliche Artenvielfalt innerhalb einer Gemeinschaft auf die chemische Kommunikation der einzelnen Individuen auswirkt. Die Bedeutung dieser Untersuchung erläutert Sybille Unsicker wie folgt: „Wenn wir verstehen, ob und wie chemische Signale von Pflanzen durch die Pflanzenvielfalt in der Umgebung verändert werden, hilft uns das, den Verlust der biologischen Vielfalt nicht nur als Verlust von Arten, sondern auch als Veränderung der chemischen Kommunikation in Ökosystemen zu betrachten.“

Freilandexperimente mit Spitzwegerich-Pflanzen im Jena-Experiment

Für ihre Untersuchungen wählte das Forschungsteam den Spitzwegerich (Plantago lanceolata) als zentrales Objekt aus, da dessen ökologische Wechselwirkungen bereits umfassend dokumentiert sind. Die Studie war dabei in das groß angelegte „Jena Experiment“ eingebunden, in dem diese Art eine der bedeutendsten Forschungspflanzen darstellt. Pamela Medina van Berkum erläutert die Beweggründe für diesen Ansatz wie folgt: „In unseren Experimenten wollten wir mehr als nur eine oder zwei Nachbarpflanzen einbeziehen, wie es unter Labor- oder Gewächshausbedingungen üblich ist. In natürlichen Ökosystemen leben Pflanzen in vielfältigen Gemeinschaften zusammen und stehen in Wechselwirkung mit zahlreichen anderen Pflanzen, Insekten und Mikroorganismen. Das Jena-Experiment bot die idealen Bedingungen für unsere Untersuchungen.“

Da die Messung flüchtiger organischer Verbindungen unter Freilandbedingungen eine erhebliche methodische Herausforderung darstellt, lag ein besonderer Schwerpunkt der Arbeit auf der Entwicklung und Anpassung geeigneter Messverfahren für Pflanzendüfte. Zu der technischen Umsetzung erklärt Pamela Medina van Berkum: „Wir haben ein System entwickelt, das diese Düfte auf Gemeinschaftsebene mit einem transparenten Kasten einfängt. Dieser wird über die Vegetation gelegt, um die Düfte zu konzentrieren. Auf der Ebene der einzelnen Pflanzen gingen wir ähnlich vor, umschlossen die Pflanzen jedoch separat mit kleinen transparenten Plastikbeuteln.“ Durch den Einsatz hochmoderner Analysemethoden war es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern anschließend möglich, die komplexen chemischen Verbindungen präzise zu identifizieren und deren jeweilige Konzentration zu bestimmen.

Vielfältige Pflanzengemeinschaften senden komplexere chemische Signale aus

Die Forschungsergebnisse verdeutlichen, dass die Komplexität chemischer Signale in direktem Zusammenhang mit der Diversität einer Pflanzengemeinschaft steht. Eine hohe Artenvielfalt sorgt dafür, dass sowohl die Menge der freigesetzten flüchtigen Verbindungen als auch die Varianz der Geruchsmoleküle signifikant zunimmt. Dieser Effekt beschränkt sich nicht nur auf die Gemeinschaft als Ganzes, sondern beeinflusst auch die chemische Signatur einzelner Individuen. So konnte am Beispiel des Spitzwegerichs (Plantago lanceolata) nachgewiesen werden, dass dessen Kommunikation indirekt durch die Düfte der Nachbarpflanzen verändert wird, was die starke ökologische Vernetzung innerhalb artenreicher Bestände unterstreicht.

Störung unsichtbarer Kommunikationsnetzwerke infolge des Verlusts der Artenvielfalt

Die Beschaffenheit und Diversität der unmittelbaren pflanzlichen Nachbarschaft beeinflussen maßgeblich, wie Pflanzen chemische Signale aussenden und wahrnehmen. Da Duftstoffe eine zentrale Rolle in der Kommunikation zwischen Pflanzen, Insekten und Mikroorganismen spielen, bringen Veränderungen dieser Profile weitreichende Konsequenzen mit sich. „Die Pflanzenvielfalt hat daher direkte Auswirkung auf die Koevolution von Arten, die Stabilität eines Ökosystems sowie auf den Naturschutz. Der Verlust der Biodiversität kann nicht nur sichtbare Wechselwirkungen zwischen den Arten, sondern auch die unsichtbaren Kommunikationsnetzwerke von Pflanzen stören,“ warnt Sybille Unsicker.

Vor diesem Hintergrund könnte eine gezielte Förderung der Artenvielfalt durch nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken – etwa durch das Anlegen von Blühstreifen, die Diversifizierung von Nutzpflanzen oder den Verzicht auf Herbizide – dazu beitragen, diese natürlichen Signalsysteme zu regenerieren. Eine solche Wiederherstellung würde nicht nur die körpereigene Abwehr der Pflanzen stärken, sondern auch die Anlockung wichtiger Bestäuber signifikant verbessern.

Neuer Blick auf die Rolle der Biodiversität

Das Forschungsteam hat es sich zum Ziel gesetzt, die noch weitgehend ungeklärte ökologische Bedeutung der chemischen Kommunikation in Ökosystemen zu entschlüsseln. Während ihre aktuelle Studie bereits die Vielfalt flüchtiger Verbindungen in artenreichen Graslandschaften aufzeigt, sollen künftige Experimente nun tiefergehende Einblicke liefern. Die Forschenden untersuchen dabei gezielt, wie die Zusammensetzung einer Artengemeinschaft die chemischen Signale verändert und welche Auswirkungen dies auf die gesamte Funktionsweise des Ökosystems hat. Ein Fokus liegt auf der Frage, wie die Biodiversität die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und anderen Lebewesen beeinflusst, beispielsweise indem sie die Anziehungsmuster von Insekten steuert. Mit ihrer Arbeit strebt das Team an, diese Wissenslücke zu schließen und das komplexe Zusammenspiel der Arten besser verstehbar zu machen.

Quelle

Max-Planck-Institut für chemische Ökologie (01/2026)