Wissen, wie die Flechte wächst

11. Dezember 2013, 18:10
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Vieles an der der Gemeinschaft aus Algen oder Bakterien und Pilzen ist der Wissenschaft noch unklar - Beispielsweise weiß man kaum etwas über ihren Stoffwechsel oder ihre Abstammung

Ein Fichtenwald auf rund tausend Meter Seehöhe: Die gesamte Berglandschaft scheint tief verschneit zu sein, doch die unteren Äste der Bäume sind frei. Zumindest von Schnee. Stattdessen ist ihre Rinde zu großen Teilen von wulstig geformten grauweißen und gelblichen Krusten überzogen. An anderen Stellen hängen blassgrüne Fäden herab. Es sind Lichenes, besser bekannt als Flechten. 20.000 verschiedene Spezies sind inzwischen bekannt. Regelmäßig werden neue entdeckt.

Flechten sind allerdings keine Organismen im herkömmlichen Sinne, sondern Gemeinschaften aus einzelligen Algen oder Cyanobakterien und Pilzen. Die Algenzellen liegen eingebettet im Pilzgewebe, welches den Thallus, den Flechtenkörper, bildet.

Wie erfolgreich die Allianzen zwischen Pilzen und Algen sind, lässt sich gut an ihrer weltweiten Verbreitung erkennen. Sie sind äußerst resistent und besiedeln Wüstengebiete und Polarregionen. "Sie sind die einzigen symbiotischen Organismen, die eine solche breite Variation an Körperarchitekturen hervorgebracht haben", sagt der Evolutionsbiologe Toby Spribille. Die ersten Flechten dürften vor mindestens 400 bis 500 Millionen Jahren entstanden sein. Leider sind kaum Flechtenfossilien erhalten geblieben.

Spribille, der als Forscher an der Universität Graz tätig ist, interessiert sich nicht nur für die Formenvielfalt der Flechten. Er studiert auch ihre Lebensweise und stößt dabei auf bemerkenswerte Details. Der gängigen Lehrmeinung nach sind Flechten nämlich weitestgehend autarke Einheiten. Die Algen produzieren mittels Fotosynthese Kohlehydrate, welche sowohl ihnen selbst wie auch dem Pilz im Verbund als Nahrungsressource dienen. Lebenswichtige Mineralien wie Kalzium, Phosphor und dergleichen werden über Luft und Regenwasser herangetragen und auf dem Flechtenkörper deponiert.

Arten mit Präferenzen

Obwohl viele Flechtenspezies auf allerlei Untergrund gedeihen, gibt es auch Arten mit Vorlieben für bestimmte Substrate. Rimularia caeca gedeiht nur auf der Rinde von Nadelhölzern, berichtet Spribille. Andere wie die unscheinbare Xylographa parallela dagegen findet man ausschließlich auf Holz. Solchen unterschiedlichen Präferenzen wurde lange Zeit kaum Beachtung geschenkt - zu Unrecht.

Viele Flechten sind womöglich gar nicht so strikt autark, wie man lange gedacht hat, sagt Spribille. Sie könnten sich bei Bedarf auch von organischem Material aus dem Substrat ernähren. Davon dürften in erster Linie die Pilze profitieren, falls ihre Algenpartner zeitweilig unter mangelhafter Produktivität leiden. Dies würde auch erklären, warum die Pilzfäden mancher Lichenes stark mit ihrer Wachstumsunterlage verbunden sind.

Spribille geht dieser Thematik zusammen mit einigen Grazer Kollegen weiter auf den Grund. Im vergangenen Frühling starteten die Wissenschafter mit finanzieller Unterstützung durch den Österreichischen Forschungsfonds FWF umfangreiche Untersuchungen zur Evolution der Substratspezifität bei Flechten. Das Team decodiert das Genom verschiedenster flechtenbildender Pilze aus der Ordnung Trapeliales und vergleicht die dabei gefundenen DNA-Sequenzen.

So wollen die Experten eine detaillierte Übersicht der Verwandtschaftsbeziehungen zwischen den untersuchten Arten erstellen. Funktion und Aktivität der Gene werden ebenfalls im Labor getestet. Die Trapeliales umfassen sowohl Generalisten wie auch spezialisierte flechtenbildende Spezies. Die Stammbaumanalyse könnte somit aufdecken, welche davon eher zu den ursprünglichen und welche zu den evolutionär jüngeren Formen gehören.

Evolutionäre Spezialisierung

Die Grazer Biologen vermuten, dass praktisch alle Flechten anfänglich auf verschiedenen Unterlagen gedeihen konnten. Spezialisierungen fanden erst im Laufe der Entwicklungsgeschichte statt. Dies ist zwar ein ganzer üblicher Aspekt der Evolution, doch bei den Flechten wurde der Anpassungsprozess wahrscheinlich durch den Verlust spezifischer Genfunktionen ausgelöst, meint Spribille. Damit gingen verschiedene Fähigkeiten verloren, die betroffenen Flechtenspezies konnten infolgedessen nur noch auf bestimmten Substraten wachsen.

Die Hintergründe der vermuteten Erbgutverluste sind noch rätselhaft. Den substratspezifischen Flechten haben sie bei ihrer Weiterentwicklung anscheinend nicht geschadet. Die Aufgabe einiger physiologischer Fähigkeiten kann wichtige Ressourcen für andere Prozesse freisetzen - ein in der Evolution nicht unüblicher Prozess. Vielleicht liegt das Erfolgsgeheimnis der spezialisierten Flechten zumindest teilweise in der unglaublichen Vielfalt ihrer Stoffwechselprodukte, vor allem der sogenannten sekundären Metaboliten, begründet.

Langsames Wachstum

Allein die Spezies aus der Klasse Lecanoromycetes synthetisieren rund 1400 solcher Substanzen. Ihre Funktionen sind weitgehend unbekannt. Möglicherweise hat die Spezialisierung bei vielen Flechten zur Entwicklung verschiedenster chemischer Verbindungen geführt, welche die Besiedlung unterschiedlicher Substrate begünstigen: Konservierungsstoffe zum Beispiel könnten die Zersetzung von Holz verlangsamen und so für stabile Wachstumsverhältnisse sorgen, erklärt Spribille.

Die Studien werden noch Jahre dauern: Denn die Kultivierung von Flechten und deren Pilzen im Labor ist äußerst schwierig - das größte Hemmnis bei ihrer bisherigen Erforschung. "Sie wachsen extrem langsam", sagt Spribille. Eine Kolonie erreicht nach sechs Monaten gerade mal die Größe einer Zehn-Cent-Münze. (Kurt de Swaaf, DER STANDARD, 11.12.2013)

  • Eine Totengebein-Flechte (oben) verdrängt Preiselbeeren in alpinem Rasen. Die Flechte Xylographa parallela (unten) findet man nur auf Holz.
    fotos: uni graz

    Eine Totengebein-Flechte (oben) verdrängt Preiselbeeren in alpinem Rasen. Die Flechte Xylographa parallela (unten) findet man nur auf Holz.

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