Pflanzen besitzen zwar keine Nerven, können aber Berührungen anderer Organismen sensibel wahrnehmen. Bei der Venusfliegenfalle fungieren hochempfindliche Sinneshaare als Tastorgane; bei zweimaliger schneller Berührung lösen sie die Schließkaskade aus, die zum Beutefang führt. Die molekulare Identität des Tastsensors ist jedoch noch unklar.
Assistenzprofessor Hiraku Suda und Professor Masatsugu Toyota von der Saitama University in Saitama, Japan, haben gemeinsam mit Kollegen und in Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe von Professor Mitsuyasu Hasebe am National Institute for Basic Biology (NIBB) in Okazaki, Japan, herausgefunden, dass ein Ionenkanal namens DmMSL10, der an der Basis der Sinneshaare angereichert ist, der wichtigste Berührungssensor ist, der die Erkennung sehr schwacher Berührungen durch Beutetiere ermöglicht. Die Forschungsergebnisse sollen am 30. September 2025 in Nature Communications veröffentlicht werden.
Das Team beobachtete, dass eine leichte Biegung einen lokalen Anstieg des Ca2 +-Spiegels und eine kleine lokale elektrische Veränderung (Rezeptorpotential) bewirkt, die lokal begrenzt bleibt (Video 1). Im Gegensatz dazu löst eine stärkere Biegung zunächst ein höheres Rezeptorpotential aus. Sobald dieses elektrische Signal einen Schwellenwert überschreitet – ähnlich wie das Umlegen eines Schalters – löst es einen großen elektrischen Impuls (Aktionspotential) zusammen mit einer Ca2 + -Welle aus (Video 2). Beide Signale breiten sich dann von der Haarwurzel zur Blattspreite aus. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass dieser Reaktion ein schwellenwertregulierter, Aktionspotential-auslösender Mechanismus zugrunde liegt, der im Prinzip dem Nervensystem von Tieren ähnelt.
Um den Mechanismus dieses taktilen Sensorsystems weiter zu analysieren, erzeugte das Team mithilfe genetischer Werkzeuge DmMSL10 -Knockout-Pflanzen (gendeaktivierte Pflanzen) und demonstrierte die Rolle von DmMSL10 bei der Tastwahrnehmung. In DmMSL10 -Knockout-Pflanzen lösten Reize, die in Wildtyp-Pflanzen Aktionspotenziale und weitreichende Ca2 + -Wellen auslösen, nur unterschwellige Rezeptorpotenziale und lokale Ca2 + -Signale aus (Video 3). Diese Ergebnisse zeigen, dass DmMSL10 wie ein Verstärker wirkt und das anfängliche kleine elektrische Signal so lange verstärkt, bis es stark genug ist, um ein Aktionspotenzial auszulösen.
+ und elektrische Signale ausgelöst die sich zur Blattspreite ausbreiten
Credits
Masatsugu ToyotaSaitama Universität
Um die Relevanz unter natürlichen Bedingungen zu testen, baute das Team ein kleines Ökosystem, in dem Ameisen frei über Fallen liefen (Video 4). Bei Wildtyp-Pflanzen lösten Berührungen durch Ameisen Ca 2+ -Wellen über die Falle aus, woraufhin die Falle schloss (Video 5). Bei DmMSL10- Knockout-Pflanzen traten diese Wellen deutlich seltener auf, und es kam tendenziell seltener zu Fallenschließungen (Video 6).
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass DmMSL10 ein wichtiger Mechanosensor für die hochempfindlichen Sinneshaare ist, die die Wahrnehmung von Berührungsreizen selbst bei schwächsten, kaum streifenden Berührungen ermöglichen“, sagt Suda. „Viele Reaktionen von Pflanzen beruhen auf Mechanosensorik – dem Tastsinn der Pflanze –, sodass die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen möglicherweise nicht nur bei der Venusfliegenfalle vorkommen.“
