Wie die Venusfliegenfalle ihren Fleischgeschmack entwickelte

Wie entwickelt eine Pflanze einen Geschmack für Fleisch? In dem Theaterstück „Little Shop of Horrors“ reicht ein Tropfen menschliches Blut aus. Aber im wirklichen Leben braucht es viel mehr. Eine Studie über drei eng verwandte fleischfressende Pflanzen deutet nun darauf hin, dass sie durch geschicktes genetisches Hin- und Herbewegen die Fähigkeit entwickelt haben, proteinreiche Mahlzeiten zu fangen und zu verdauen.

Fleischfressende Pflanzen haben viele raffinierte Methoden entwickelt, um Beute zu fangen. Kannenpflanzen zum Beispiel verwenden „Fallgruben“, die Enzyme zur Verdauung verirrter Insekten enthalten. Andere – darunter die eng verwandte Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula), die Wasserradpflanze (Aldrovanda vesiculosa) und der Sonnentau (Drosera spatulata) – verwenden bewegliche Fallen. Der Sonnentau rollt seine klebrige Landefläche zusammen, wenn sich die Mücken verfangen. Und die Venusfliegenfalle verwendet modifizierte Blätter oder Polster, die zuschnappen, wenn ein Insekt landet – aber erst, nachdem die Polster mehrere Berührungen an ihren Auslösehaaren registriert haben.

Um herauszufinden, wie sich diese Fallen entwickelt haben, sequenzierten Forscher um den Evolutionsbiologen Jörg Schultz und den Pflanzenbiologen Rainer Hedrich, beide von der Universität Würzburg, die Genome des Sonnentaus, des Wasserrades und der Venusfliegenfalle, die alle eng miteinander verwandt sind. Anschließend verglichen sie deren Genome mit denen von neun anderen Pflanzen, darunter eine fleischfressende Kannenpflanze und nichtfleischfressende Rote Beete- und Papayapflanzen.

Sie fanden heraus, dass der Schlüssel zur Evolution des Fleischessens in diesem Teil des Pflanzenreichs die Verdoppelung des gesamten Genoms bei einem gemeinsamen Vorfahren war, der vor etwa 60 Millionen Jahren lebte, berichtet das Team heute in Current Biology. Durch diese Verdopplung wurden Kopien von Genen frei, die einst in Wurzeln, Blättern und sensorischen Systemen zur Erkennung und Verdauung von Beute eingesetzt wurden. So haben die fleischfressenden Pflanzen beispielsweise Kopien von Genen, die den Wurzeln bei der Nährstoffaufnahme helfen, für die Aufnahme der Nährstoffe in der verdauten Beute umfunktioniert. „Dass Wurzelgene in den Blättern der fleischfressenden Pflanzen zum Ausdruck kommen, ist absolut faszinierend“, sagt Kenneth Cameron, Botaniker an der University of Wisconsin, Madison.

Hedrich und seine Kollegen kommen zu dem Schluss, dass sich der Fleischfresser einmal im Vorfahren der drei Arten und unabhängig davon in der Kannenpflanze entwickelte. Wenn man diese beiden neuen Ursprünge zu den bereits dokumentierten hinzufügt, kommen die Forscher zu dem Schluss, dass sich der Fleischverzehr mindestens sechs Mal entwickelt hat.

„Die Stärke ist die vergleichende Analyse“, sagt Maria Logacheva, eine Pflanzenwissenschaftlerin am Skolkovo Institute of Science and Technology, die nicht an der Arbeit beteiligt war. „Victor Albert, Evolutionsbiologe für Pflanzen an der University at Buffalo, ist jedoch der Ansicht, dass Hedrichs Team nicht über genügend Daten verfügt, um die beiden neuen Ursprünge zu belegen, insbesondere weil einige für den Raubbau wichtige Gene bereits bei einem früheren Vorfahren vorhanden waren, der den Kannenpflanzen und den drei neu sequenzierten Pflanzen gemeinsam war. Sein Team sequenziert derzeit zwei weitere Sonnentau-Arten, um zu klären, was passiert ist.

Luis Herrera-Estrella, ein Pflanzengenomiker an der Texas Tech University, freut sich jedoch über die neuen Gene, die nun mit dem Fleischfresser in Verbindung gebracht werden. Er und andere können untersuchen, wie die Gene neu verdrahtet wurden, um das Fleischessen zu ermöglichen. Tatsächlich, so Hedrich, scheinen die meisten Pflanzen bereits viele der erforderlichen Gene zu besitzen. „Der Weg zur Fleischfresserei scheint für alle Pflanzen offen zu sein.“