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Bäume korrigieren ihre Haltung mithilfe eines „Muskels“
Innere Rückmeldung statt äußerer Wegweiser: Junge Pappeln können ihre eigene Krümmung wahrnehmen und aktiv korrigieren. Selbst wenn gerichtete Licht- und Schwerkraftreize ausgeschaltet werden, bilden sie Zugholz auf der passenden Stammseite und werden wieder gerade. Das liefert direkte experimentelle Belege dafür, wie die Propriozeption die Haltungskontrolle bei Bäumen antreibt.
Clermont-Ferrand (Frankreich). Bäume müssen ihre Haltung laufend anpassen, wobei Licht und Schwerkraft wichtige Richtungsreize liefern. Doch schon länger gibt es Hinweise darauf, dass Pflanzen zusätzlich ihre eigene Form wahrnehmen können. Ihre Propriozeption registriert dabei wie ein inneres Rückmeldesystem, wie stark ein Spross gekrümmt ist.
Bei verholzten Stämmen war bislang allerdings nicht eindeutig geklärt, wie diese Wahrnehmung in eine aktive Korrektur übersetzt wird. Denn ein gekrümmter Stamm kann sich teilweise auch rein elastisch zurückstellen. Entscheidend war deshalb die Frage, ob Bäume gezielt neues Gewebe bilden, um eine Krümmung aus eigener Kraft auszugleichen.
Forscher der Université Clermont Auvergne (UCA) um Bruno Moulia haben dies an jungen Hybridpappeln der Kreuzung Populus tremula × alba untersucht. Zunächst legten sie die Bäumchen horizontal, woraufhin sich die Stämme nach oben krümmten und auf ihrer Oberseite Zugholz bildeten. Dieses spezielle Reaktionsholz erzeugt Zugspannungen und zieht den Stamm in diese Richtung.
Nach rund zehn Tagen kamen ausreichend gekrümmte Pappeln in einen eigens entwickelten Versuchsaufbau, in dem eine rotierende horizontale Plattform fortlaufend ihre Orientierung zur Schwerkraft änderte. Gleichzeitig umgab eine Kugel die Pflanzen mit Licht aus allen Richtungen. So unterdrückte das Team die gerichteten Reize von Schwerkraft und Licht, während die Bäume ihre eigene Krümmung weiterhin wahrnehmen konnten.
„Um die bemerkenswerten Fähigkeiten von Bäumen sichtbar zu machen, braucht es viel Einfallsreichtum. In diesem Projekt ist uns das gelungen, indem wir Forscher aus verschiedenen Disziplinen mit ergänzenden Fähigkeiten und Perspektiven zusammengebracht haben. Das erfordert Zeit und Ausdauer, aber diese interdisziplinären Entdeckungen zeigen, dass sich der Aufwand lohnt“, sagt Félix Hartmann vom Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE).
Im rotierenden Aufbau geschah etwas Entscheidendes: Die bereits gekrümmten Stämme bogen sich nicht einfach weiter. Stattdessen reduzierten sie ihre Krümmung über die folgenden Wochen, bis sie wieder weitgehend gerade waren. Die anatomische Untersuchung zeigte zugleich, dass die Bildung des bisherigen Zugholzes auf der Oberseite stoppte.
Stattdessen entstand vergleichbares Zugholz auf der gegenüberliegenden, konvexen Seite des gekrümmten Stamms und erzeugte Zugkräfte in der Gegenrichtung. Das Zugholz wirkte damit funktionell wie ein antagonistischer Muskel und zog den Stamm zurück in eine gerade Form, sodass die Korrektur kein bloßes passives Zurückfedern war.
Auch die quantitative Analyse stützt dieses Bild, denn die Stärke der Korrektur hängt demnach von der vorhandenen Krümmung ab. Die Forscher konnten daraus eine propriozeptive Empfindlichkeit ableiten und zeigen, dass die Haltungskontrolle aus dem Zusammenspiel von Rückmeldungen über die Schwerkraftrichtung und über die eigene Stammkrümmung entsteht.
„Was wir aufgedeckt haben, ist eine echte sensomotorische Schleife, die in den verholzten Teilen der Bäume arbeitet! Eine schlechte Koordination bei der aufeinanderfolgenden Aktivierung des Zugholzes führt zu übermäßigen inneren Spannungen, die die Holzqualität beeinträchtigen können. Diese Ergebnisse richten daher die anwendungsorientierte Forschung zur Verbesserung der Holzqualität neu aus … und auf Bäume, die so gerade und so entspannt wie möglich bleiben, was immer das Leben ihnen zumutet!“, erklärt Bruno Moulia.