Die Frage, ob Pflanzen ein Nervensystem besitzen und inwieweit sie Empfindungen haben, wird oft im Zusammenhang mit ethischen Fragen der Ernährung, insbesondere der veganen Lebensweise, diskutiert. Dieser Artikel beleuchtet die Funktion der Nerven der Blätter und geht auf die Frage ein, ob Pflanzen Schmerzen empfinden können und wie sie mit ihrer Umwelt interagieren.
Pflanzen und Empfindungen: Ein ethischer Kontext
Eines der häufigsten Argumente gegen eine vegane Ernährung ist, dass Pflanzen auch Gefühle haben. Es wird argumentiert, dass Pflanzen Lebewesen sind und kein Lebewesen unnötig leiden sollte. Der Kern einer veganen Lebensweise besteht darin, Pflanzen direkt zu konsumieren und somit Pflanzen weniger zu schaden als Menschen, die sich omnivor, pescetarisch oder vegetarisch ernähren. Denn Tiere, die schließlich in Form von Fleisch und anderen tierischen Produkten auf dem Teller landen, benötigen mehr pflanzliche Nahrung als Menschen: Um eine tierische Kalorie herzustellen, müssen Tiere je nach Art 5 bis 30 pflanzliche Kalorien zu sich nehmen.
Nervensystem und Schmerzempfinden bei Pflanzen
Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass verschiedene Tiere - beispielsweise Säugetiere, aber auch Fische und Insekten - fühlende Lebewesen sind, die Schmerz empfinden. Pflanzen besitzen kein Nervensystem und keine Nervenzellen wie Tiere. Ein zentrales Nervensystem ist für die Verarbeitung von Empfindungen und Emotionen notwendig. Da sie kein Nervensystem haben, empfinden Pflanzen keine Schmerzen. Bäume und andere Pflanzen verfügen weder über ein Gehirn noch über Rückenmark. Sie haben also kein Schmerzempfinden wie Menschen und andere Tiere. Schweine, Rinder und andere Tiere, die als sogenannte Nutztiere ausgebeutet werden, fühlen daher im Gegensatz zu Pflanzen Schmerzen und leiden nachweislich, wenn sie verletzt und getötet werden.
Wie Pflanzen interagieren: Wahrnehmung und Kommunikation
Pflanzen können auf ihre Weise „sehen“ und „hören“: Sie besitzen Photorezeptoren, um Licht wahrzunehmen, und können auf bestimmte Schallwellen reagieren. Sie kommunizieren miteinander über chemische Signale und elektrische Impulse. Sie können über ihre Wurzeln Nährstoffe und Informationen austauschen, was als „Wood Wide Web“ bezeichnet wird. Pflanzen geben unter Stress hochfrequente Geräusche von sich, die für das menschliche Ohr nicht hörbar sind. Diese Geräusche entstehen durch das Platzen von Luftblasen im Xylem.
Das Wood Wide Web: Austausch über Wurzeln
Die kanadische Forscherin Suzanne Simard hat erstaunliche Beobachtungen gemacht und das Wood Wide Web spielt dabei eine entscheidende Rolle. In verschiedenen Experimenten konnten Simard und ihr Team diesen Austausch von Stoffen beobachten. Besonders viele Pilzverflechtungen bilden sich zwischen großen "Mutterbäumen" und ihren eigenen Sämlingen. Und mehr noch: Vom großen Mutterbaum gelangt sogar eine Zuckerlösung zum Sämling, die den kleinen Baum ernährt.
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Guttation: „Weinen“ der Pflanzen?
Pflanzen können durch einen Prozess namens Guttation überschüssiges Wasser in Form von Tropfen abgeben. Dies wird oft als „Weinen“ bezeichnet, ist jedoch ein normaler physiologischer Vorgang, der nichts mit Weinen zu tun hat. Das Wood Wide Web ermöglicht es Pflanzen, über ihre Wurzeln Nährstoffe und Informationen auszutauschen.
Pflanzen und Geräusche
Pflanzen geben unter Stress hochfrequente Geräusche von sich, die für das menschliche Ohr nicht hörbar sind. Diese Geräusche entstehen durch das Platzen von Luftblasen im Xylem.
Regeneration und Anpassungsfähigkeit
Pflanzen besitzen die bemerkenswerte Fähigkeit zur Regeneration: Werden ihnen Blätter, Zweige oder sogar ganze Teile ihres Gewebes entfernt, können sie diese in der Regel nachbilden. Dieser Prozess ist Teil ihres natürlichen Wachstums und ihrer Anpassungsfähigkeit. Tiere hingegen verfügen nicht über diese Form der Regenerationsfähigkeit. Wird einem Tier eine Gliedmaße amputiert, wächst sie - mit wenigen Ausnahmen im Tierreich - nicht nach. Der Verlust ist dauerhaft und geht häufig mit erheblichen Schmerzen und Einschränkungen einher. Dies unterstreicht einen weiteren grundlegenden Unterschied zwischen Pflanzen und Tieren im Umgang mit Verletzungen und Schäden.
Die Rolle der Blätter bei der Pflanzenbestimmung
Blätter sind für die Bestimmung von Pflanzen ein wichtiger Bestandteil, da man mit Ihrem äußeren Erscheinungsbild Pflanzen sehr gut unterscheiden kann. Sie weisen Merkmale auf, die für jede Pflanze charakteristische Erkennungsmerkmale sind.
Kriterien zur Unterscheidung von Blättern
Blätter unterscheiden sich anhand folgender Kriterien:
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- Wie stehen die Blätter in Bezug auf die Sprossachse?
- Wie ist die Blattform? Ist es sommer-, winter- oder immergrün?
- Wie sieht der Blattstiel aus? Hat es überhaupt einen?
- Kann man am Blattrand Besonderheiten erkennen?
- Wie ist die Blattfarbe? Unterscheiden sich Ober- und Unterseite?
- Gibt es am Blattgrund etwas zu erkennen?
Die Blattstellung
Da sich aus den Knospen alle anderen Teile der Pflanze entwickeln werden ist es nur zu logisch, dass die Blattstellung mit der Knospenstellung identisch ist.
- Treten aus einem Nodium mehrere Knospen aus so nennt man diese Blattstellung später wirtelig.
- Bei der gegenständigen Blattstellung stehen an jedem Knoten zwei Blätter. Bei der kreuzgegenständigen Blattstellung sind aufeinander folgende Blattpaare jeweils um 90 Grad gedreht, stehen also im rechten Winkel übereinander.
- Bei wechselständiger Blattstellung sitzt ebenfalls nur ein Blatt an jedem Knoten, der Winkel zwischen zwei Blättern ist aber von 180 Grad verschieden, die Blätter stehen entlang einer Spirallinie. Diese Anordnung ist für dikotyle Pflanzen charakteristisch.
Die Blattspreite
Die Blattspreite bildet in den meisten Fällen den Hauptteil des Blattes, den man oft als das eigentliche Blatt bezeichnet. An den meisten Blattspreiten fällt die sogenannte Nervatur auf, der Verlauf der Leitbündel. Große Leitbündel werden auch Rippen genannt, viele Blätter besitzen eine Mittelrippe als scheinbare Verlängerung des Blattstieles, von der die Seitenrippen abzweigen. Es werden drei Formen von Nervatur unterschieden, die auch eine systematische Bedeutung haben.
Formen der Nervatur
- Bei den Einkeimblättrigentritt hauptsächlich Parallelnervatur auf. Hier verlaufen die Hauptadern längs und parallel zueinander. Daraus ergibt sich der meist glatte Blattrand der Einkeimblättrigen. Die parallele Anordnung der Leitbündel führt auch zu einer parallelen Anordnung der Spaltöffnungen.
- Die meisten Zweikeimblättrigenbesitzen eine kompliziertere Netznervatur. Daraus ergibt sich auch die fast beliebige Form der Spreite.
- Beim Ginkgo tritt die Gabel- oder Fächernervatur auf. Hier sind die Leitbündel gabelförmig verzweigt und enden blind am vorderen Blattende.
Einfache und zusammengesetzte Blätter
Besonders bei den Zweikeimblättrigen treten die Laubblätter in einer großen Formenvielfalt auf. Die Form und Beschaffenheit der Blätter sind daher wichtige Bestimmungsmerkmale zum Erkennen der Pflanzenarten. Die Beschaffenheit kann beispielsweise häutig, ledrig oder sukkulent (=fleischig) sein. Für die Oberfläche sind häufig auch Haare von Bedeutung.
Wenn die Spreite eine einzige zusammenhängende Gewebefläche darstellt, spricht man von einem "einfachen" Blatt. Im Unterschied dazu gibt es auch so genannte "zusammengesetzte" Blätter. Bei ihnen ist die Aufteilung der Blattfläche so weit fortgeschritten, dass die einzelnen Abschnitte als vollständig voneinander geschiedene Teile erscheinen. Diese werden - unabhängig von ihrer Größe - als Blättchen bezeichnet. Sie ahmen die Gestalt einfacher Blätter nach und sind häufig sogar mit einem Blattstielchen versehen.
Nach ihrer gegenseitigen Anordnung lassen sich grob drei Typen unterscheiden:
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- gefiederte Blätter,
- handförmige Blätter und
- fußförmige Blätter.
Der Blattgrund
Der Blattgrund oder die Blattbasis ist der unterste Teil, mit dem das Blatt der Sprossachse ansitzt. Als Blattachsel bezeichnet man den Winkel zwischen Sprossachse und davon abzweigendem Blatt. Er ist meist nur wenig verdickt, nimmt aber manchmal den ganzen Umfang der Sprossachse ein. Im letzteren Fall spricht man von einem stängelumfassenden Blatt. Bei gegenständiger Blattstellung sind bisweilen die Basen der beiden Blätter vereinigt (wie bspw. bei der Heckenkirsche).
Der Blattstiel
Der Blattstiel ist der auf den Blattgrund folgende, durch seine schmale, stielförmige Gestalt vom folgenden Teil des Blattes mehr oder minder scharf abgegrenzte Teil des Blattes. Bei den meisten Einkeimblättrigen und bei vielen Koniferen fehlt der Blattstiel. Blätter ohne Stiel nennt man sitzend. Es gibt auch Blätter, die nur aus dem Stiel bestehen, der dann flach und breit ist und an welchem die eigentliche Blattfläche ganz fehlt. Es handelt sich dabei um ein so genanntes Blattstielblatt (Phyllodium), beispielsweise bei manchen Akazien. Der Blattstiel ist meist nur bei Laubblättern ausgebildet.
Pflanzenneurobiologie: Ein neues Forschungsfeld
Im noch relativ jungen Forschungsfeld der Pflanzen-Neurobiologie beschäftigen sich Wissenschaftler:innen tatsächlich mit pflanzlichen Synapsen und pflanzlicher Intelligenz. Die Schlussfolgerungen daraus sind aber in der Wissenschaft zum Teil sehr umstritten. Selbst einige Pflanzenforschende sprechen von einer Art Pflanzenbewusstsein.
Die Wurzel als Kommandozentrale
Der gebürtige Slowake Dr. Pflanzen besitzen zwar kein Gehirn, so der Forscher, aber eine unterirdische Kommandozentrale - die Wurzeln. Laut Baluska besitzt eine einzige Roggenpflanze 13 Millionen Wurzelfasern, deren Gesamtlänge an die 600 Kilometern beträgt, wobei die Wurzelfasern ein riesiges dynamisches Kommunikationsnetz bilden. Dazu verwenden sie in Wasser gelöste Botenstoffe, die sie - wie winzige mit Substanzen gefüllte Bläschen - hin und her bewegen und mit den Wurzeln wahrnehmen können, sagt Baluska. Der Forscher spekuliert, dass die Wurzel auf diese Weise Informationen über ihre Umgebung wahrnimmt und weiter gibt. Diese könnten dann an anderer Stelle in Wachstumssignale umgesetzt werden. Die Wurzelspitze könne so auf der Suche nach Wasser und Nährstoffen Information wahrnehmen und bearbeiten. „Wir wissen heute, dass die Wurzelspitze kontinuierlich 20 Bodenparameter scannt", schildert Baluska, „wenn sie auf Giftstoffe stößt, ändert sie z. B. Darüber hinaus „erspüren“ Pflanzen Schwerkraft, Licht, Feuchtigkeit, Temperatur, Mineralien, Duftstoffe und anderes. „Schließlich hat schon Charles Darwin vor mehr als 100 Jahren von einem 'Pflanzengehirn' gesprochen. Wir wollen heute mit dieser Metapher eine neue Diskussion anregen, denn Pflanzen sind sicher viel komplexer, als es die Wissenschaft momentan annimmt“, nimmt der Wissenschaftler seine vielen Kritiker ins Visier: „Bisher gab es in der Pflanzenphysiologie kaum elektrophysiologische Untersuchungen. Pflanzen mit Nerven - das war suspekt. Niemand wollte ein Gebiet finanzieren, dem im Entferntesten der Ruch des Esoterischen anhaftete. Erst in den letzten Jahren begann sich dies zögerlich zu ändern.
Kritik an der Pflanzenneurobiologie
Im Juli 2019 unterstützt ein Forschungsteam um Lincoln Taiz von der University of California in Santa Cruz mit einer Veröffentlichung diejenigen, die die Existenz eines Pflanzenbewusstseins ablehnen. Sie bilden auch die große Mehrheit unter den Pflanzenphysiolog:innen. Das Forschungsteam bezieht sich dabei vor allem auf eine neue Hypothese zur Evolution des Bewusstseins. Der Neurowissenschaftler Todd Feinberg und der Evolutionsbiologe Jon Mallat haben die Gehirnanatomie und funktionelle Komplexität sowie das Verhalten einer Vielzahl von Tieren analysiert und auf dieser Basis Kriterien entwickelt, die für die Entwicklung eines Bewusstseins eigentlich notwendig wären. Die einzigen Tiere, die diese Mindestanforderungen erfüllen, sind demnach Wirbeltiere, Arthropoden und Kopffüßer.
Elektrische Signale in Pflanzen
Auch der Biophysiker Gerhard Thiel von der Technischen Universität Darmstadt vermisst elektrische Vorgänge in Pflanzen. Er beschränkt sich allerdings auf die Ströme und Ladungstransporte in einzelnen Zellen.
"Sicher sind viele Dinge etwas langsamer. Aber jeder Blumentopfbesitzer weiß, dass sich die Pflanze zum Licht hin wendet, die Blätter bei manchen Pflanzen abends sich senken und wieder hochstellen. Ich denke, jeder Bauer weiß, dass Pflanzen nicht einfach ein Ding sind, die auf dem Acker stehen. Die Beobachtung zeigt, dass sich die Pflanzen einfach an ihre Umgebung anpassen können."
Die Frage ist: Auf welche Weise verarbeiten Pflanzen die Reize der Außenwelt? Auch Gerhard Thiel hält nicht für ausgeschlossen, dass elektrische Ströme dabei eine Rolle spielen. Doch er zieht keine Parallelen zum Tierreich. Er will zunächst wissen: Welche geladenen Teilchen-Ionen fließen in die Zelle hinein - und welche heraus? Wie kontrolliert die Zelle den Verkehr dieser Ionen durch die Zellhülle?