Orchideen können sich verstecken. Mitglieder dieser vielfältigen Pflanzenfamilie, die für ihre attraktiven Blumen bekannt ist, sind seit langem für ihre Fähigkeit bekannt, längere Ruhephasen einzuleiten - manchmal für ein Jahr oder länger. Die Pflanzen suchen Zuflucht unter der Erde, und ohne Blätter und ohne Photosynthese sind die Orchideen auf Pilze angewiesen, um die Nährstoffe zu erhalten, die sie zum Überleben benötigen.
Wissenschaftler haben lange darüber nachgedacht, was die Pflanzen dazu veranlasst, von einem Ruhezustand zu wechseln und Triebe hochzuschicken. Nun erklärt eine neue Studie einer Gruppe von Wissenschaftlern des Smithsonian Environmental Research Center in Edgewater, Maryland, wie Konzentrationen bestimmter Pilze im Boden eine nordamerikanische Orchideenart, die kleine quirlige Pogonie, zum Erwachen bringen.
„Dies ist eine extrem seltene Orchidee und so selten sie auch ist, es ist nicht so selten, wie wir dachten, weil sie viel Zeit im Untergrund verbirgt“, sagt Melissa McCormick, eine der Autoren der Zeitung. „Wir hatten einige frühere Untersuchungen zu Orchideen-Mykorrhizapilzen durchgeführt. . . Wir waren daran interessiert, ob sich die Fülle der Pilze im Boden nicht nur darauf auswirkt, wo sie sich befinden, sondern auch, wann sie auftauchen. “
Es stellte sich heraus, dass die Pilze der Schlüssel waren. Die meisten Orchideen gehen mit bestimmten Pilzarten eine Symbiose ein, um zu überleben. In Orchideensamen fehlt das stärkehaltige Endosperm, mit dem die neuen Sprossen vieler anderer Pflanzenarten gefüttert werden können. Stattdessen hängen die Samen von Mykorrhizapilzen im Boden ab. Sie senden nur dann einen Spross, wenn es Zeit ist, zu blühen und sich zu vermehren. Die kleine quirlige Pogonie hat diese Beziehung zu einem Mykorrhizapilz in der Familie der Russulaceae.
Die Smithson-Forscherin Melissa McCormick sagt, es gebe einen Zusammenhang zwischen der Ruhephase der Pogonien mit kleinen Wirbeln und der Menge eines bestimmten Pilztyps im Boden. (Dennis Whigham) McCormick analysierte die DNA von Bodenproben, die unmittelbar neben wilden Pogonien mit kleinem Wirbel gesammelt wurden, und errechnete anhand dieser Daten die Menge der Russulaceae-Hyphen war an jeder Stelle im Boden vorhanden.
Bei McCormick und den vier anderen an der Forschung beteiligten Wissenschaftlern wurde die Fülle der Russulaceae verglichen Im Boden fanden sie mit der Häufigkeit, mit der die schlafenden Pogonien aufwachten und Triebe aussandten, eine eindeutige Beziehung: Größere Pilzpopulationen führten dazu, dass die seltenen Pogonien mit größerer Wahrscheinlichkeit auftauchten. Mit anderen Worten: Je mehr der richtige Pilz im Boden vorhanden ist, desto häufiger verlässt die Orchidee die Ruhephase.
In der Vergangenheit war es ohne die Möglichkeit, die DNA einer Probe zu analysieren, nicht praktikabel, genau zu berechnen, wie viel von einem Pilz vorhanden war. Selbst unter dem Mikroskop sehen sich viele Pilze sehr ähnlich. "In einer Bodenprobe von der Größe einer Limabohne gibt es wahrscheinlich mehrere hundert Pilzarten", sagt McCormick.
"Dieser pilzartige Aspekt all dieser Arbeiten ist seit Darwins Zeiten bekannt", sagt Dennis Whigham, leitender Botaniker am Smithsonian Environmental Research Center und Mitautor der Studie. "Aber erst in den letzten Jahren konnten wir uns wirklich die DNA der Pilze ansehen, um zu sehen, was sie sind."
Wenn Pilze mit einer Orchideenwurzel in Kontakt kommen, bilden sie Pelotons oder gewundene Kugeln, die die Orchidee als Nährstoffe verwendet. (Liz Kabanoff) Einige der auffälligsten Orchideen aus tropischen Regionen haben den Eindruck erweckt, dass Orchideen eine exotische, tropische Pflanzengruppe sind. Aber Orchideen sind sogar in den Vereinigten Staaten sehr verbreitet. "Wir haben über 200 Arten und sie kommen in jedem Staat vor", sagt Whigham. "Ungefähr 60 Prozent von ihnen haben irgendwo Probleme, wo sie auftreten."
Der Rückgang vieler amerikanischer Orchideenpopulationen veranlasste Whigham und andere zur Gründung des North American Orchid Conservation Center, das aus dem Smithsonian Environmental Research Center hervorgeht. Das Zentrum arbeitet mit rund 50 Mitarbeitern zusammen, um Lebensräume zu erhalten, Samen und Proben von Mykorrhizapilzen zu sammeln und Studien wie diese durchzuführen.
Was bringt der Pilz aus dieser Beziehung zur Orchidee? Wahrscheinlich nicht viel.
"Alle Landpflanzen auf der Erde haben Wechselwirkungen mit Pilzen", sagt Whigham. Diese Partnerschaften werden als "gegenseitig" bezeichnet. Aber fast alle Beweise deuten darauf hin, dass die Orchidee in einer Pilz-Orchideen-Beziehung ein sehr bedürftiger Partner ist.
