Im Gespräch

Das Gespür für Kälte

Von Sonja Kastilan
 - 09:00

Frau Dean, der Winter will scheinbar kein Ende nehmen. Das Wetter mutet Ihren Forschungsobjekten einiges zu. Sehnen die sich nicht ebenfalls nach Frühling?

Es ist unglaublich. Man kann förmlich sehen, wie die Pflanzen sich zurückhalten. Dabei sind sie längst bereit, bald aufzublühen.

Gerade wurden Sie in Paris mit einem der L’Oréal-Unesco-Preise für Frauen in der Wissenschaft ausgezeichnet und waren in ein umfangreiches Programm eingebunden. Hatten Sie trotzdem noch Augen für das Knospen im Freien?

Ich achte eigentlich immer und überall darauf, wann Pflanzen blühen. Vor allem, ob ich irgendwo Arabidopsis finden kann, um etwas Anschauungsmaterial zu haben, wenn ich Vorträge halte. Kennen Sie diese Pflanze?

Ja, die Ackerschmalwand. Ein eher unscheinbares Kraut, im Labor beliebt, weil sich daran die Genetik gut erforschen lässt. Aber die meisten Menschen interessieren sich mehr für Tulpen, Narzissen oder die Obstbaumblüte. Geht es Ihnen nicht ähnlich?

Tatsächlich hat mich das ursprünglich für diese Forschungsrichtung begeistert, als ich bemerkte, welchen Einfluss der Wechsel der Jahreszeiten hat. Dass zum Beispiel alle Kirschbäume einer Region innerhalb von wenigen Tagen blühen. Diese Synchronität fand ich schon immer faszinierend. Ich wuchs im Norden von England auf, wo die Jahreszeiten klar abgegrenzt sind, ganz anders als zum Beispiel in Kalifornien. Dort sind die Unterschiede weniger ausgeprägt, und doch sind die Pflanzen ebenso davon beeinflusst.

Als Sie Anfang der 1980er Jahre als Postdoktorandin nach Kalifornien kamen, nahm die moderne Molekularbiologie gerade erst ihren Anfang.

Damals wusste niemand, wie Pflanzen das alles auf der molekularen Ebene regulieren. Aus dieser Zeit stammt eine lustige, aber wahre Anekdote. Ich bekam Heimweh und ging in eine Gärtnerei, um ein paar Tulpenzwiebeln zu kaufen. Der Verkäufer riet mir, sie vor dem Eintopfen sechs Wochen in den Kühlschrank zu legen. Für mich war das ein Aha-Erlebnis, sie warten also nicht nur auf Wärme, sondern brauchen vorher eine Kälteperiode, für die in England der Winter sorgt. Im Fachjargon nennen wir das Vernalisation.

Der eine Satz zog Sie in den Bann?

Darauf beruhen meine Projekte der vergangenen dreißig Jahre, wenn man so will. Als ich ein paar Jahre später nach England zurückkehrte und meine erste eigene Laborgruppe aufbauen konnte, wollte ich Vernalisation und Blütezeit ergründen. Also herausfinden, wie Pflanzen auf den Winter reagieren. Von der Biochemie dahinter hatten wir noch keine Ahnung, den Antworten näherten wir uns auf genetischem Wege. Indem wir mutierte Gewächse und deren Gene sowie Proteine erforschten, kamen wir ihren Mechanismen auf die Spur.

Und die kennt man inzwischen?

Einige Gene sind bekannt, vor allem der „Flowering Locus C“. Dieser führte uns zu einem Protein, das in Arabidopsis wie eine Blühbremse funktioniert, und das gilt für die meisten Brassicaceae, zu denen unter anderem Kohl und Broccoli zählen. Solange das Gen aktiv ist, sammelt sich dieses Protein an, und die Pflanze bildet zwar Blätter, aber keine Blüten. Selbst wenn die Tage wärmer und länger werden, bleibt sie im vegetativen Stadium. Über den Winter hinweg sorgen epigenetische Veränderungen jedoch dafür, dass die Bremse in allen Zellen wieder gelockert wird. Kälte legt allmählich den Genschalter um, die Pflanze kann auf die Wärme reagieren und fängt an zu blühen.

Ist das eine Art Gedächtnis?

Ja, und wenn Sie ein Stück abschneiden und daraus eine neue Pflanze ziehen, wird sich auch diese an die Kälteerfahrung erinnern. Diese Regulierung von Genaktivitäten nutzt übrigens der menschliche Körper ebenfalls.

Was passiert, wenn der Klimawandel unseren Breiten nun eine zunehmend unstabile Wettersituation beschert?

Wir sollten versuchen, besser zu verstehen, wie Pflanzen ihre Umgebung wahrnehmen. Schaut man sich das Temperaturprofil einer Jahreszeit an, geht es rauf und runter, jeden Tag und jede Nacht. Im Vergleich zu diesen Schwankungen muss dann ein saisonaler Wechsel erkannt werden. Früher dachte man, dass für die Vernalisation ein bestimmter Temperaturbereich über längere Zeit notwendig ist. Das stimmt, aber eben nicht allein. Pflanzen berücksichtigen nicht nur die graduellen Veränderungen, sondern zudem die täglichen Höchst- und Tiefstwerte. Sie nutzen mehrere Temperatursinne und integrieren alle Informationen. Ein Klimawandel mit extremeren Schwankungen könnte also für Verwirrung sorgen.

Gibt es eine kritische Schwelle?

Offenbar, wie eine unserer jüngst veröffentlichten Studien überraschend ergab. Steigen die Temperaturen über 15 Grad am Nachmittag, ist das entscheidend. Die Pflanzen können sich danach nicht mehr an ihre Vernalisation erinnern. Ihr Kältegedächtnis baut sich ja langsam auf, man kann sich das wie eine Sanduhr vorstellen, die durch die Wärme von neuem gestartet wird. Die Erinnerung wird jedes Mal gelöscht, und das könnte in Zukunft durchaus häufiger passieren.

Sind diese 15 Grad allgemein gültig?

Wir wissen es bisher von Arabidopsis. Jede Art hat vermutlich ihre spezifische Temperatur, aber hohe Nachmittagswerte kehren den Vernalisationsprozess um.

Wie erklärt man, dass eine Pflanze erst nach sechzig Jahren blüht, wie gerade die Riesenspeerlilie im Botanischen Garden von Edinburgh?

Es gibt alle möglichen Strategien, um sich mit äußeren wie inneren Kontrollfaktoren einer Umwelt anzupassen. Ob eine bestimmte Temperatur oder eine bestimmte Tageslänge: Jede Pflanze scheint etwas anderes zu brauchen. Auf der molekularen Ebene sind die Unterschiede meist gar nicht so groß. Nur hat jede Art wohl ihren eigenen dominierenden Faktor gefunden.

Was steuert das Frühlingserwachen?

Betrachtet man Mutanten, finden sich Hunderte Gene, die daran beteiligt sind. In natürlichen Varianten ist es in erster Linie der erwähnte Flowering Locus C. Vergleicht man nun die Winter- mit den Frühlingstypen von Arabidopsis, fallen Unterschiede im dafür verantwortlichen Regulator auf. Als wir untersuchten, wie sich die Pflanzen an die Winter in Nordschweden oder Frankreich anpassen, war das FLC-Gen selbst verändert. Interessant ist, dass die anderen Beteiligten nicht nur fürs Blühen zuständig sind, sondern noch zig weitere Gene beeinflussen; ihre Veränderung hätte weitreichende Folgen. Aber dieser eine Locus beeinflusst die Blütezeit, ohne die Fitness zu stören. Durch seine Variation kann sich Arapidopsis an verschiedene Klimata anpassen.

Ihre Institutskollegen haben schnell wachsenden Broccoli gezüchtet, der mehrere Ernten ermöglicht. Verändert das Wissen die Pflanzenzucht?

Das wäre wichtig, und ich hoffe sehr, dass unsere Erkenntnisse über die Blüte schon bald helfen, noch mehr geeignete Sorten zu finden. Solche, die in Zeiten des Klimawandels nützlich sind.

Können Sie sich an Pflanzen einfach auch so erfreuen?

Ich liebe Bäume, schaue sie gerne an. Gleichzeitig denke ich an all die Veränderungen, zu denen sie gerade im Frühling fähig sind, und überlege, welche Mechanismen ablaufen. Zu sehen ist kaum etwas, dabei passieren gigantische Dinge in den Zellen. Pflanzen überwachen ihre Umgebung, treffen ständig Entscheidungen. Sie können ja nicht weglaufen, wenn es unangenehm wird, sondern müssen sich zwangsläufig anpassen. Es sind außergewöhnliche Lebewesen, werden aber meist unterschätzt.

Quelle: F.A.S.
Sonja Kastilan
Redakteurin im Ressort „Wissenschaft“der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.
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