Metamorphosen

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Metamorphosen sind Veränderungen in der Funktion der Grundorgane einer Pflanze. Damit können sich Pflanzen an unterschiedliche Lebensbedingungen anpassen, indem Sie neue Fähigkeiten entwickeln. Zum Beispiel können sie sich zu Rankpflanzen entwickeln und so höhere Stellen erreichen oder sich mit Dornen verteidigen. Alle Pflanzenmetamorphosen werden evolutionär, das heißt im laufe sehr langer Zeiträume und durch natürlich Auslese, ausgebildet.

Veränderung der Grundorgane

Grundorgane

Jede Pflanze besteht aus den Grundorganen Wurzel, Spross und Blatt. Die ursprünglichen Funktionen der Organe sind dabei klar verteilt: Die Wurzel sorgt für Wasser- und Nährstoffaufnahme und Halt im Boden, der Spross hält die Blätter in die Sonne und die Blätter ernähren die Pflanze durch Photosynthese. Doch schon in der ursprünglichen Form können die Grundorgane ganz unterschiedlich aussehen: Sowohl ein Grashalm als auch ein Baumstamm sind beide ein Spross.

Metamorphose ist griechisch für "Umgestaltung" und beschreibt in der Biologie die Veränderung der Grundorgane um neue oder zusätzliche Funktionen zu erfüllen. Auslöser für diese Veränderung ist dabei immer die Anpassung an einen Lebensraum und der durch die natürliche Auslese entstehende Selektionsdruck: Pflanzen die besser angepasst sind überleben und Pflanzen sich fort. Schlecht angepasste Pflanzen sterben aus.

Ein eindrückliches Beispiel hierfür sind Kakteen. Sie haben sich an eine eigentlich lebensfeindliche Umwelt, die Wüste, angepasst und dabei gleich mehrere Metamorphosen durchgemacht. Da Sonnenlicht in der Wüste im Überfluss verfügbar ist, Wasser jedoch Mangelware, haben sich die Blätter bei den meisten Kakteen zurück gebildet. Die Funktion der Photosynthese übernimmt stattdessen der verdickte, grüne Spross. So wird die Fläche für Verdunstung und Wasserverlust minimiert. Stattdessen wurden die Blätter zu Blattdornen (umgangssprachlich: Stachel) umgebildet, welche den Kaktus schützen und Schatten spenden. Das innerer des Sprosses erfüllt außerdem noch die Funktion eines Wasserspeichers - auch dies ist eine Metamorphose.

Verschiedene Funktionen der Metamorphosen

Metamorphosen der Pflanzenorgane können ganz unterschiedliche Funktionen erfüllen. Wichtig ist dabei, dass aus der Funktion nicht auf das veränderte Grundorgan geschlossen werden kann. So kann ein unterirdisches Speicherorgan eine Wurzel (Rübe), ein Spross (Knolle) oder ein Blatt (Zwiebel) sein.

An den Funktionen der veränderten Organe kann man gut die Bedürfnisse von Pflanzen ablesen. Sie dienen der Ernährung und Speicherung von Nährstoffen, dem Schutz der Pflanze, dem Halt und der Stabilität und natürlich der Fortpflanzung.

Metamorphosen nach Grundorgan und Funktion

Tabellarische Übersicht von Metamorphosen nach Grundorgan und Funktion der Metamorphose. Die Übersicht ist nicht vollständig und soll nur der Illustration dienen. In Klammern wird jeweils ein Beispiel genannt.

Grundorgan
Wurzel Spross Blatt
F
u
n
k
t
i
o
n
Nährstoffspeicher Rübe (Möhre)
Wurzelknollen (Dahlie)
Knollen (Kartoffeln)
Rhizome (Quecke)
Zwiebel
Schutz Sprossdornen (Weißdorn)
Stacheln (Rosen)
Blattdornen (Kakteen)
Halt Wurzelranken (Vanille)
Haftwurzel (Efeu)
Stützwurzel (Mais)
Stelzwurzel (Mangroven)
Sprossranken (Passionsblume)
Haftscheiben (wilder Wein)
Windespross (Geißblatt)
Stacheln zum Klettern (Brombeeren)
Blattranken (Erbse)
Ernährung Saugwurzeln bei Parasiten (Mistel) Flachsprosse (Feigenkaktus) – Spross übernimmt Blattfunktion
Parasitische Haustorien (Seide)
Mantelblätter (Geweihfarn)
Klebeblätter (Sonnentau)
Klappfallen (Venusfliegenfalle)
Saugfalle (Wasserschlauch)
Kannenfallen (Kannenpflanze)
Wassserspeicher Wurzelsukkulenz (Grünlilien) Stammsukkulenz (Kakteen) Blattsukkulenz (Sedum)
Blattzisternen (Bromelien)
Fortpflanzung Ausläufer (Erdbeeren)
Blütenboden
Hochblätter (Weihnachtsstern)
Staubblätter
Fruchtblätter (Stempel)

Die Blüte - eine besondere Metamorphose

Aufbau einer Blüte
1. Blütenboden
2. Kelchblätter
3. Kronblätter
4. Staubblätter
5. Stempel

Die meisten Pflanzen in unseren Gärten sind Blütenpflanzen. Trotzdem dürfte den meisten Gärtnern nicht bewusst sein, dass die Blüte kein eigenes Pflanzenorgan, sondern eine Metamorphose aus verschiedenen Grundorganen ist.

Basis für die Blüte ist der Blütenboden (Receptaculum), welche ein gestauchter Abschnitt des Sprosses ist. Aus diesem Sprossabschnitt wachsen, wie bei einem normalen Spross, Blätter hervor. Allerdings sind es verschiedene und spezialisierte Blütenblätter.

Am auffälligsten sind meist die Kronblätter (Petalen), die umgangssprachlich auch Blütenblätter genannt werden. Sie sind häufig größer und auffällig gefärbt. Ihr Zweck ist es vor allem Insekten anzulocken. Das sie ihren ursprünglichen Zweck der Photosynthese verloren haben, sind sie ein klares Beispiel für eine Metamorphose.

Gehalten und geschützt werden die Kronblätter vom Blütenkelch. Dieser besteht aus meist grünen Kelchblättern.

Die eigentlichen Fortpflanzungsorgane befinden sich im inneren der Blüte: Staubblätter und Fruchtblätter (Stempel) sind jeweils, wie der Name schon sagt, Blattmetamorphosen. Als Blätter sind sie dabei äußerlich nicht mehr erkennbar.

Manche Pflanzen nutzen auch farbige Hochblätter um Insekten anzulocken. Diese Blätter sehen aus wie Blütenblätter, gehören jedoch nicht zur eigentlichen Blüte und wachsen nicht aus dem Blütenboden. Damit stellen sie eine weitere Metamorphose da.

Diese aufwändige Metamorphose ermöglicht Blütenpflanzen (Angiospermen) die geschlechtliche Fortpflanzung und die Bestäubung durch Insekten. Dies hat zu einer beispiellosen Verbreitung geführt und heute gehören sie zur größten Klasse der Samenpflanzen.

Metamorphosen und die Evolution

Metamorphosen sind ein guter Hinweis auf die Richtigkeit der Evolutionstheorie. Man kann an ihnen sehr gut ablesen, wie eine langsame und Schrittweise Anpassung durch Veränderung von Kleinigkeiten über eine lange Zeit zu einem vollkommen anderem Erscheinungsbild einer Lebensform führen kann.

Außerdem machen sie das Grundprinzip der Konvergenz deutlich: Verschiedene Lösungen für das gleiche "Problem" (den gleichen Selektionsdruck) und gleiches Aussehen von vollkommen unterschiedlichen Pflanzen bei ähnlichen Umweltbedingungen (Konvergenz). Als Beispiel haben Pflanzen in Mitteleuropa unterschiedliche Möglichkeiten gefunden, ihre Nährstoffe im Winter vor Frost zu schützen. Manche Pflanzen haben verdickte Wurzeln (Rüben) ausgebildet, andere ihre Blätter sehr eng gefaltet und so Zwiebeln entwickelt. So hat der Selektionsfaktor "Frost im Winter" zwei völlig verschiedenartige Pflanzenorgane hervorgebracht, die eine analoge Funktion haben.

Ein sehr gutes Beispiel für fast gleiches Aussehen von vollkommen unterschiedlichen Pflanzen in ähnlichen Umweltbedingungen sind Kakteen und bestimmte Wolfsmilchgewächse (Euphorbia trigona). Kakteen kommen nur in Amerika vor, die Wolfsmilchgewächse sind hingegen in Asien und Afrika heimisch. Beide Pflanzenarten sind nicht miteinander verwandt und gehören nicht nur zu verschiedenen Familien, sondern sogar zu verschiedenen Ordnungen. Trotzdem werden sie häufig miteinander verwechselt. Das liegt daran, dass beide Pflanzen an den Lebensraum Wüste angepasst sind und sich daher ähnlich (konvergent) entwickelt haben. So haben z.B. beide Pflanzen zurückgebildete Blätter und verdickte Sprosse.

Siehe auch

Weblinks