Mit diesem bioelektronischen Gerät können Wissenschaftler elektrische Signale der Venusfliegenfalle kartieren

Jennifer Ouellette – 3. August 2023, 13:56 Uhr UTC

Menschen und andere Tiere senden elektrische Signale über das Zentralnervensystem. Auch die Venusfliegenfalle, der ein solches Nervensystem fehlt, sendet schnelle elektrische Impulse, die als Reaktion auf Berührung oder Stress erzeugt werden. Auf diese Weise fängt die Pflanze ihre Beute, um sie zu fressen. Jetzt haben Wissenschaftler ein bioelektronisches Gerät entwickelt, um den komplexen Signalmechanismus der Venusfliegenfalle besser zu verstehen, indem sie die Ausbreitung dieser Signale kartieren, heißt es in einem kürzlich in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichten Artikel.

„Wir können jetzt mit Sicherheit sagen, dass das elektrische Signal seinen Ursprung in den Sinneshaaren der Venusfliegenfalle hat“, sagte Co-Autorin Eleni Stavrinidou von der Universität Linköping in Schweden. „Mit unserer Technologie können wir auch erkennen, dass sich das Signal hauptsächlich radial ausbreitet.“ die Haare, ohne klare Richtung.“

Wie wir bereits berichtet haben, lockt die Venusfliegenfalle ihre Beute mit einem angenehm fruchtigen Duft an. Wenn ein Insekt auf einem Blatt landet, stimuliert es die hochempfindlichen Triggerhaare, die das Blatt auskleiden. Wenn der Druck stark genug wird, um diese Haare zu verbiegen, klappt die Pflanze ihre Blätter zu und fängt das Insekt darin ein. Lange Flimmerhärchen greifen und halten das Insekt ähnlich wie Finger an Ort und Stelle, während die Pflanze beginnt, Verdauungssäfte abzusondern. Das Insekt wird über einen Zeitraum von fünf bis zwölf Tagen langsam verdaut. Danach öffnet sich die Falle wieder und gibt die ausgetrocknete Schale des Insekts in den Wind ab.

Im Jahr 2016 entdeckte Rainer Hedrich, ein Biophysiker an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg in Bayern, das Team, dass die Venusfliegenfalle tatsächlich „zählen“ konnte, wie oft etwas ihre haargesäumten Blätter berührt – eine Fähigkeit, die hilfreich ist Die Pflanze unterscheidet zwischen der Anwesenheit von Beute und einer kleinen Nuss oder einem Stein oder sogar einem toten Insekt. Die Pflanze erkennt das erste „Aktionspotenzial“, klappt aber nicht sofort zu und wartet, bis ein zweiter Druck das Vorhandensein tatsächlicher Beute bestätigt, woraufhin sich die Falle schließt. Aber die Venusfliegenfalle schließt sich erst dann vollständig und produziert Verdauungsenzyme, um die Beute zu verzehren, wenn die Haare noch dreimal ausgelöst werden (insgesamt also fünf Reize).

Im Jahr 2020 haben japanische Wissenschaftler eine Venusfliegenfalle genetisch verändert, um wichtige Hinweise darauf zu gewinnen, wie das Kurzzeitgedächtnis der Pflanze funktioniert. Sie führten ein Gen für ein Kalziumsensorprotein namens GCaMP6 ein, das grün leuchtet, wenn es an Kalzium bindet. Diese grüne Fluoreszenz ermöglichte es dem Team, die Veränderungen der Kalziumkonzentration als Reaktion auf die Stimulation der empfindlichen Haare der Pflanze mit einer Nadel visuell zu verfolgen. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Zunahme und Abnahme der Kalziumkonzentration in den Blattzellen tatsächlich als eine Art Kurzzeitgedächtnis der Venusfliegenfalle zu dienen scheint, obwohl unklar bleibt, wie genau die Kalziumkonzentration mit dem elektrischen Netzwerk der Pflanze zusammenwirkt.

Eine mutierte Venusfliegenfalle namens Dyskalkulie (DYSC) schließt sich jedoch nicht als Reaktion auf zwei Sinnesreize und verarbeitet ihre Beute auch nicht als Reaktion auf zusätzliche Reize. Es hat irgendwie „vergessen“, wie man zählt. Anfang des Jahres stellten Hedrich und sein Team fest, dass die Mutation offenbar weder das Aktionspotential noch das zugrunde liegende Kalziumsignal in der ersten Zwei-Zählungs-Stufe des Prozesses beeinflusste. Die Aktionspotentiale Feuer, aber die Falle schnappt nicht zu, was darauf hindeutet, dass die Berührungsaktivierung der Kalziumsignalisierung unterdrückt wird.