Wissenschaftler werfen neues Licht auf Triphyophyllum peltatum

Von der Universität Würzburg, 9. Juli 2023

Ein fleischfressendes Blatt von Triphyophyllum peltatum mit Drüsen, die eine klebrige Flüssigkeit ausscheiden, um Insektenbeute zu fangen. Bildnachweis: Traud Winkelmann / Universität Hannover

Triphyophyllum peltatum is a unique plant native to the tropical regions of West Africa. This particular liana speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Aufgrund ihrer besonderen Inhaltsstoffe erregt die Art große Aufmerksamkeit im medizinischen und pharmazeutischen Bereich. Labortests haben gezeigt, dass seine Bestandteile vielversprechende medizinisch nützliche Aktivitäten unter anderem gegen Bauchspeicheldrüsenkrebs und Leukämiezellen sowie gegen die Erreger von Malaria und anderen Krankheiten aufweisen.

Aber auch aus botanischer Sicht ist die Pflanzenart interessant: Triphyophyllum peltatum ist die einzige bekannte Pflanze der Welt, die unter bestimmten Umständen zum Fleischfresser werden kann. Auf seinem Speiseplan stehen dann kleine Insekten, die er mit Hilfe von Klebefallen in Form von Sekrettropfen einfängt und mit synthetisierten lytischen Enzymen verdaut.

Eine hohe Flexibilität lässt sich an den Blättern der Pflanze beobachten, die je nach Entwicklungsstadium drei verschiedene Typen entwickeln. Während in der Jugendphase zunächst einfache Blätter gebildet werden, können sich später sogenannte „Fangblätter“ bilden, die eine Vielzahl von Haftfallen tragen. Wenn diese Fangblätter ihren Zweck erfüllt haben, bildet die Pflanze entweder wieder normale Blätter oder – wenn die Pflanze das Lianenstadium erreicht hat – Blätter mit zwei Haken an der Spitze als Kletterhilfe.

Wenn Triphyophyllum peltatum das Lianenstadium erreicht, bildet die Pflanze Blätter mit zwei Haken an der Spitze als Kletterstütze. Bildnachweis: Traud Winkelmann / Universität Hannover

Was die Ausprägung der Blattidentität angeht, zeigt Triphyophyllum peltatum ein hohes Maß an Flexibilität: Die Entwicklungsstadien können unterschiedlich lang sein, das Fleischfresserstadium kann komplett entfallen oder zu einem späteren Zeitpunkt nachgeholt werden. Somit scheint sich die Pflanze an die vorherrschenden Bedingungen ihres Lebensraums anzupassen.

Der Auslöser, der die Pflanze zum Fleischfresser macht, war bisher unbekannt. Ein Grund dafür war die Tatsache, dass Triphyophyllum peltatum als sehr schwierig zu kultivieren galt und die Bildung von Fallenblättern daher nur schwer experimentell zu untersuchen war. Dieses Problem haben Wissenschaftler der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) nun gelöst.

Ihnen gelang erstmals die Kultivierung des Triphyophyllum peltatum im Gewächshaus des Würzburger Botanischen Gartens. In Hannover wurden Bedingungen entwickelt, um die Pflanzen in großen Mengen unter In-vitro-Bedingungen, also in Kulturgefäßen auf definierten Nährböden, zu vermehren.

Beteiligt waren Professorin Traud Winkelmann vom Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme der Leibniz Universität Hannover und ihre Kollegin Anne Herwig vom Institut für Bodenkunde der LUH sowie die Würzburger Professoren Gerhard Bringmann (Institut für Organische Chemie) und Rainer Hedrich (Julius-von -Sachs-Institut für Biowissenschaften).

Noch bedeutsamer ist jedoch, dass das Forschungsteam mithilfe dieser Pflanzen den Faktor identifizieren konnte, der die Transformation zum fleischfressenden Lebensstil auslöst. Die Ergebnisse dieser Forschung hat das Team nun in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht.

„Wir haben die Pflanze verschiedenen Stressfaktoren ausgesetzt, darunter auch einem Mangel an verschiedenen Nährstoffen, und untersucht, wie sie darauf reagierte. Nur in einem Fall konnten wir die Bildung von Fallen beobachten: bei einem Mangel an Phosphor“, fasst Traud Winkelmann das zentrale Ergebnis der Studie zusammen. Tatsächlich reiche bereits eine stark reduzierte Phosphorzufuhr aus, um die Entwicklung zu einer fleischfressenden Pflanze auszulösen, so der Wissenschaftler.

In seinem ursprünglichen Lebensraum in afrikanischen Tropenwäldern auf nährstoffarmen Böden kann Triphyophyllum peltatum so der drohenden Unterernährung vorbeugen, indem es Fallen bildet und durch die Verdauung seiner Insektenbeute an das wichtige Nährstoffelement gelangt. „Diese neuen Erkenntnisse sind ein Durchbruch, denn sie ermöglichen zukünftige molekulare Analysen, die helfen werden, die Ursprünge von Fleischfressern zu verstehen“, sind die Wissenschaftler überzeugt.

Referenz: „Fleischfresser auf Abruf: Phosphormangel induziert Drüsenblätter in der afrikanischen Liane Triphyophyllum peltatum“ von Traud Winkelmann, Gerhard Bringmann, Anne Herwig und Rainer Hedrich, 16. Mai 2023, New Phytologist.DOI: 10.1111/nph.18960

Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.