Komplizierte Verhältnisse

21. Februar 2007, 09:47
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Sie bedecken rund zehn Prozent der Erde und können mehrere tausend Jahre alt werden: Flechten geben nach wie vor Rätsel auf

Sie bedecken rund zehn Prozent der Erdoberfläche und können mehrere tausend Jahre alt werden. Der Wissenschaft geben Flechten nach wie vor jede Menge Rätsel auf, die Grazer Forscher nun entschlüsseln wollen. Denn die komplexen Lebensformen haben für die Medizin einiges zu bieten.

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Im Bewusstsein der Öffentlichkeit führen sie ein bestenfalls obskures Leben als graugelbe Überzüge auf Steinen oder als von Bäumen hängende Bärte. Tatsächlich handelt es sich bei den Flechten aber um eine hoch komplexe Lebensform, die nicht nur der Wissenschaft jede Menge zu forschen aufgibt, sondern in Zukunft auch eine nicht zu verachtende Rolle in der Medizin spielen könnte.

Flechten sind Symbiosen aus einem Pilz und Algen. Gemeinsam sind sie ein klassisches Beispiel dafür, dass das Ganze mehr sein kann als seine Teile. Denn beide Partner vermögen in dieser Kombination Lebensräume zu besiedeln, die ihnen als „Einzelkämpfer“ verschlossen blieben. Ihre Verbreitung reicht von den lebensfeindlichen subpolaren Zonen bis in die Tropen und vom Tiefland bis in Höhen von 7400 Meter.

Bestimmende Pilze

Wie in so vielen Partnerschaften gibt es auch bei den Flechten einen tonangebenden Part, und das ist der Pilz. Rund ein Fünftel aller Pilzarten – die meisten davon Schlauchpilze – leben in Symbiose mit Algen, und das in einer bemerkenswerten Vielfalt: Rund 18.500 Flechtenarten sind bisher weltweit beschrieben worden.

Die Bestimmung erfolgt dabei immer nach dem Pilz, der dem symbiotischen System die charakteristische Form gibt. Der Pilzpartner richtet im Inneren seiner Geflechte spezielle „Klimakammern“ ein, die den Algen optimale Bedingungen bieten, auch wenn die Außenwelt ihnen eigentlich gar nicht zuträglich wäre. Im Gegenzug liefern ihm die Algen Kohlenhydrate. Die Zusammenarbeit zahlt sich aus: Flechten bedecken geschätzte zehn Prozent der irdischen Landfläche. Manche von ihnen können mehrere tausend Jahre alt werden.

Viele Arten sind auffällig bunt. Dafür sind verschiedenste Inhaltsstoffe mit vielfältigen Funktionen verantwortlich. Mehr als 1000 solcher Inhaltsstoffe sind bereits bekannt, aber das sind längst nicht alle. Ebenso ist wenig geklärt, wie flexibel die jeweiligen Pilze bei der Wahl ihrer Partner sind und welche Konsequenzen unterschiedliche Strategien der Vergesellschaftung haben.

Mit genau diesen Fragen befassen sich Martin Grube vom Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Graz und seine Mitarbeiter im Rahmen eines vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Forschungsprojekts. So versuchten Grube und seine Mitarbeiterinnen Juliane Blaha und Elisabeth Baloch herauszufinden, wie selektiv der Schlauchpilz Lecanora rupicola bei der Auswahl seiner Algenpartner ist. Diese können zu verschiedensten Stämmen der Grünalgen-Gattung Trebouxia gehören und bilden mit Lecanora sehr häufig vorkommende und weit verbreitete Flechten-Arten.

Zu diesem Zweck unterzogen sie Flechten aus verschiedenen Lebensräumen und geografischen Breiten einer molekularbiologischen Untersuchung. Dabei stellte sich heraus, dass die Vorliebe des jeweiligen Pilzes für bestimmte Algen genetisch bedingt ist, dass er aber mit einer ganzen Reihe von Trebouxia-Arten erfolgreich kooperieren kann. Möglicherweise ist dieser Flechtenpilz imstande, sich seine Algen je nach ökologischen Erfordernissen auszusuchen. Das würde erklären, wie die daraus entstehenden Flechten relativ viele verschiedene Habitate besiedeln können. Andere Flechten hingegen scheinen wesentlich stärker auf bestimmte Algenstämme spezialisiert zu sein.

Dritte im Bunde

Einen ganz neuen Aspekt der Flechtenforschung verfolgt Grube in einem anderen Projekt gemeinsam mit Gabriele Berg von der TU Graz. Es geht dabei um mögliche Dritte im Bunde von Pilzen und Algen. Trotz vieler antibakterieller Inhaltsstoffe sind zahlreiche Flechtenarten von Bakterien besiedelt, die bisher kaum erforscht wurden. Grube und Kollegen untersuchten die Bakteriengemeinschaften von verschiedenen Flechtenarten molekularbiologisch und fanden eine Vielzahl von Stämmen.

Welche Bakterien sich auf welchen Flechten niederlassen, dürfte neben der Flechtenart auch von der geografischen Lage, dem Klima und – wieder einmal – von den Inhaltsstoffen der Flechten abhängen: Die Rolle, die die Bakterien in der Pilz-Algen-Symbiose spielen, ist Gegenstand laufender Untersuchungen. Wahrscheinlich ist, dass sie als Luftstickstoff-Binder das Wachstum der Flechten fördern. Ebenso könnte es sein, dass sie über weitere Stoffwechselleistungen eine Helferfunktion bei der Entwicklung der Flechten-Symbiose haben, wie sie für die Mykorrhiza, eine Symbiose zwischen Pilzen und höheren Pflanzen, bereits belegt ist. Andererseits könnten Bakterien, die in anderen ökologischen Situationen eine Rolle spielen, die langsam wachsenden und trockenheitsresistenten Flechten auch als „safe houses“ für ihre Evolution nützen, bis sich eine günstige Gelegenheit ergibt aktiv zu werden.

Komplexe Inhaltsstoffe

Was die Inhaltsstoffe der Flechten betrifft, sind die Verhältnisse nicht minder komplex. Der mit freiem Auge sichtbare Flechtenkörper oder Thallus weist bei den meisten Arten eine deutliche Gliederung in einzelne Lagen auf, die jeweils verschiedene Inhaltsstoffe enthalten können. Man kennt bei zahlreichen Arten auch Stämme, die in ihren Substanzspektren variieren, und unter speziellen Laborbedingungen sind manche Flechten sogar imstande, Stoffe zu erzeugen, die sie in freier Natur nicht im Repertoire haben. Die Funktion dieser Wirkstoffe ist vielfältig und reicht vom UV-Filter bis zum Schutz vor Bakterien und fremden Pilzen.

Die Verwertung dieser Substanzen wurde bis vor kurzem unter anderem dadurch erschwert, dass es kaum möglich war, sie in ausreichender Menge aus den extrem langsam wachsenden Flechten zu gewinnen. Mittlerweile stehen jedoch neue Techniken zur Verfügung, die die Entdeckung bzw. Untersuchung neuer Inhaltsstoffe wesentlich erleichtern.

Das Wenige, das man schon weiß, gibt jedenfalls Anlass für große Erwartungen: So wird etwa aus Flechten Usninsäure gewonnen, ein natürlicher antibiotischer Wirkstoff, der bereits gegen Hautinfektionen verwendet wurde. Darüber hinaus arbeiten Forscher bereits an chemischen Modifikationen dieses Stoffes, um neue Wirkungen zu entdecken und zu optimieren.

In Laborversuchen hat sich eine weitere Säure, die in Flechten enthalten ist, als wirksam gegen Helicobacter pylori, den häufigsten Erreger von Gastritis, erwiesen. In viel versprechenden laufenden Experimenten wird die Wirkung verschiedener Flechten-Inhaltsstoffe auf Tumorzellen und Viren, wie HIV, getestet. Auch entzündungshemmende, schmerzstillende und abschwellende Substanzen wurden in manchen Flechtenarten gefunden. Mithilfe der Gentechnik wäre für die Zukunft sogar die Gewinnung der gewünschten Stoffe mittels maßgeschneiderter Gene aus Flechten oder auch deren assoziierten Bakterien denkbar. Zahllose bioaktive Substanzen, speziell in tropischen Flechten, die diesbezüglich noch kaum untersucht sind, gilt es außerdem erst zu entdecken. (Susanne Strnadl /DER STANDARD, Printausgabe, 21. Februar 2007)

  • Ein Pilz und Algen bilden zusammen eine Flechte. Wie weit ihre Symbiose geht, zeigt sich auch daran, dass die beiden Partner an den Rändern der hier abgebildeten Art gemeinsam staubfeine Verbreitungskörperbilden.
    foto: der standard/obermayer

    Ein Pilz und Algen bilden zusammen eine Flechte. Wie weit ihre Symbiose geht, zeigt sich auch daran, dass die beiden Partner an den Rändern der hier abgebildeten Art gemeinsam staubfeine Verbreitungskörperbilden.

  • Caloplaca elegantissima, eine leuchtend orange Krustenflechte aus der Namib-Wüste.
    foto: der standard/obermayer

    Caloplaca elegantissima, eine leuchtend orange Krustenflechte aus der Namib-Wüste.

  • Verzweigte Fruchtkörper als dancing stars: eine Flechte aus Somalia.
    foto: der standard/obermayer

    Verzweigte Fruchtkörper als dancing stars: eine Flechte aus Somalia.

  • Eine Krustenflechte aus dem Himalaya mit blutroten Fruchtkörpern.
    foto: der standard/obermayer

    Eine Krustenflechte aus dem Himalaya mit blutroten Fruchtkörpern.

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