Wie Bäume sich selbst wieder aufrichten

Einfach erklärt

Bäume wachsen nicht nur dem Licht entgegen: Sie können auch darauf reagieren, wie ihr Stamm gerade steht. Bei Pappeln bildet sich dafür spezielles Holz, das am Stamm zieht. Je nachdem, auf welcher Seite es wächst, kann es eine Krümmung verändern. Das könnte künftig helfen, besser zu verstehen, wie Bäume und Nutzpflanzen stabil wachsen.

Äußere Signale und die Wahrnehmung der eigenen Lage

Pflanzen orientieren sich beim Wachsen an verschiedenen Hinweisen. Die Schwerkraft zeigt ihnen, wo unten und oben ist; das Licht verrät, aus welcher Richtung es kommt. Darüber hinaus können Pflanzen offenbar auch die Form und Lage ihrer Stängel wahrnehmen. Diese Fähigkeit wird als Lagewahrnehmung oder Propriozeption bezeichnet. In ihrer allgemeinen Funktion erinnert sie daran, dass Tiere wissen können, wo sich ihre Gliedmaßen befinden, ohne sie ansehen zu müssen. Das bedeutet aber nicht, dass Pflanzen ein Nervensystem oder ein mit Tieren vergleichbares Empfinden besitzen.

Die Forschenden wollten herausfinden, ob die Form eines Stängels das Wachstum auch unabhängig von Licht und Schwerkraft beeinflussen kann. Wenn ein Baum sich biegt, könnte seine Reaktion schließlich ebenso gut auf äußere Signale zurückgehen. Dann lässt sich nur schwer feststellen, ob die Pflanze zugleich ihre eigene Form erfasst. Um das zu prüfen, musste das Team die üblichen Richtungshinweise möglichst stark abschwächen und den Einfluss der Stammform gezielt untersuchen.

Die Studie entstand unter Beteiligung eines Teams, das mit dem französischen Forschungsinstitut INRAE verbunden ist. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Die Arbeit zeigt, wie sich die Wahrnehmung der eigenen Lage mit Veränderungen im neu entstehenden Holz in Verbindung bringen lässt. Es geht also nicht nur darum, zu beschreiben, wie sich ein Stamm biegt oder wieder aufrichtet.

Ein Versuch, der die Form des Stamms in den Mittelpunkt rückt

Für das Experiment legten die Forschenden junge Pappeln zunächst waagerecht hin. Während sie weiterwuchsen, bogen sich ihre Stämme allmählich nach oben, sodass sich die Spitzen wieder einer senkrechten Position näherten. Nach etwa zehn Tagen war die Biegung deutlich zu erkennen. Dann wurden die Bäume in eine Versuchsanordnung gebracht, die ihren Einfluss auf die gewohnten Richtungssignale verringern sollte.

Die Pappeln standen auf einer waagerechten Plattform, die sich um ihre Achse drehte. Sie befand sich in einer Kugel, in der das Licht aus verschiedenen Richtungen möglichst gleichmäßig auf die Pflanzen fiel. Durch die Drehung erhielt die Schwerkraft keine dauerhaft gleichbleibende Richtung als Hinweis. Die gleichmäßige Beleuchtung wiederum verringerte den Einfluss einer bevorzugten Lichtrichtung. Ziel war nicht, die Bäume vollständig von ihrer Umwelt abzuschirmen. Vielmehr sollten äußere Hinweise, die das Ergebnis schwerer zu deuten machen könnten, möglichst wenig ins Gewicht fallen. So konnten die Forschenden gezielter beobachten, wie die Pflanzen auf die Form ihrer Stämme reagierten.

Nach dem Umsetzen blieb die zuvor entstandene Krümmung der Stämme nicht bestehen. In den folgenden Wochen richteten sie sich allmählich wieder auf und näherten sich einer geraden Form. Das war ein wichtiger Hinweis: Unter den Versuchsbedingungen ließ sich die Veränderung kaum allein mit der üblichen Orientierung am Licht oder mit einem gleichbleibenden Schwerkraftsignal erklären. Damit stellte sich eine konkretere Frage: Was hatte sich im Inneren der Stämme verändert, während sie wieder gerader wurden?

Holz, das Zugkraft erzeugt

Um den Vorgang zu verstehen, untersuchten die Forschenden das Holz, das während des Wachstums entstanden war. Ihr Augenmerk galt dem sogenannten Zugholz. Diese besondere Holzart unterscheidet sich von gewöhnlichem Holz dadurch, dass sie beim Entstehen Zugkraft entwickeln kann. Bildet sie sich auf einer Seite des Stamms, kann diese Kraft dessen Krümmung beeinflussen – so, als würde die betreffende Seite den Stamm zu sich heranziehen.

Zu Beginn des Experiments entstand Zugholz auf der Oberseite der waagerechten Stämme. Seine Wirkung half dabei, die Stämme anzuheben. Nachdem die Bäume in die Versuchsanordnung gebracht worden waren, hörte die Bildung dieses Holzes auf der zuvor aktiven Seite jedoch auf. Gleichzeitig begann sich Zugholz auf der gegenüberliegenden Seite des Stamms zu bilden.

Diese Beobachtung hilft zu erklären, warum sich die Stämme wieder aufrichteten. Das neu gebildete Holz auf der anderen Seite erzeugt Zugkraft in eine Richtung, die der Wirkung des zuvor entstandenen Holzes entgegenwirkt. So können die Kräfte die Krümmung verändern. Während das Gewebe weiterwächst, verändert sich auch die Form des Stamms nach und nach. Das bedeutet nicht, dass sich ein Baumstamm wie ein tierischer Muskel bewegt. Die Veränderung beruht auf der Bildung und dem Wachstum von Holz, nicht auf einer schnellen Muskelkontraktion.

Besonders aufschlussreich ist, dass Zugholz im Versuch nicht dauerhaft nur auf einer bestimmten Seite des Stamms entstand. Es konnte sich auf gegenüberliegenden Seiten bilden und dadurch die Richtung der einwirkenden Kraft verändern. Das erweitert das Verständnis seiner Funktion: Zugholz dient offenbar nicht bloß dazu, einen schräg stehenden Stamm anzuheben. Es kann Teil eines veränderlichen Vorgangs sein, der die Lage des Stamms anpasst.

Von der Wahrnehmung der Krümmung zur Veränderung des Wachstums

Holz entsteht durch einen komplexen biologischen Prozess, der mit Veränderungen auf Zellebene beginnt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Wahrnehmung der Stammform damit zusammenhängt, wo Zugholz gebildet wird. Der Ort, an dem dieses Gewebe entsteht, scheint in diesem Fall also nicht zufällig zu sein. Vielmehr verändert er sich offenbar passend dazu, was nötig ist, um die Lage des Stamms zu korrigieren.

Der Vorgang lässt sich als Abfolge beschreiben: Zunächst verändert sich die Form des Stamms. Informationen über seine Lage beeinflussen dann, wie das Wachstum gesteuert wird. Das neu gebildete Holz erzeugt anschließend eine Kraft, die der Krümmung entgegenwirkt. Ändert sich dadurch wiederum die Form des Stamms, verändern sich auch die Bedingungen, auf die der Baum reagiert. Das zeigt, dass die Wahrnehmung der eigenen Lage und die Reaktion des Gewebes aufeinander abgestimmt sind.

Wichtig ist allerdings, die Ergebnisse nicht überzuinterpretieren. Die Studie befasst sich damit, wie Pflanzen ihre Lage erfassen und darauf reagieren können. Sie zeigt nicht, dass Bäume denken oder im menschlichen Sinn fühlen. Gemeint sind biologische Mechanismen, die Informationen über die Form eines Stängels aufnehmen und das Wachstum beeinflussen. Diese Mechanismen können offenbar wirken, ohne dass die Pflanze sich ausschließlich an der Richtung von Licht oder Schwerkraft orientiert.

Ein überholtes Bild vom Zugholz wird ergänzt

Bislang wurde Zugholz vor allem mit der Oberseite von Stängeln in Verbindung gebracht, wo es dabei hilft, sie nach oben zu ziehen. Besonders anschaulich ist das bei Bäumen, die an Berghängen wachsen: Ihr Stamm kann sich nahe dem Boden krümmen, während der obere Teil möglichst senkrecht weiterwächst. In solchen Fällen gilt Zugholz als Mittel, mit dem der Baum seine Lage korrigiert.

Die Ergebnisse mit Pappeln ergänzen dieses Bild. Die Bildung von Holz kann auf einer Seite aufhören und auf der gegenüberliegenden beginnen, wenn sich die Reaktion des Baums verändert. Es geht demnach nicht nur darum, den Stamm nach oben zu ziehen. Vielmehr kann das Gewebe je nach seiner Lage Kräfte in entgegengesetzte Richtungen erzeugen. Funktionell erinnert das an gegeneinander wirkende Kräfte, die zur Stabilisierung beitragen. Zugholz wird dadurch aber nicht zu einem Muskel im anatomischen Sinn.

Bruno Moulia, Forschungsdirektor am INRAE und einer der an der Studie beteiligten Forschenden, sieht in den Ergebnissen ein enges Zusammenspiel zwischen der Wahrnehmung der Lage eines Baums und den Reaktionen seines Holzgewebes. Er wies außerdem darauf hin, dass eine mangelnde Abstimmung zwischen den Phasen der Zugholzbildung zu inneren Spannungen führen kann, die die Eigenschaften des Holzes beeinflussen. Die Entdeckung hilft somit nicht nur, die Krümmung von Stämmen zu erklären. Sie lenkt auch den Blick darauf, wann und an welcher Stelle das Holz wächst.

Was die Ergebnisse für Wälder und Landwirtschaft bedeuten könnten

Bäume sind in der Natur Störungen ausgesetzt, die ihre Lage verändern können – etwa heftigen Stürmen oder Erdrutschen. Unter solchen Bedingungen kann es hilfreich sein, wenn ein Baum die Form seines Stamms anpassen kann. Schließlich ist seine Umgebung nicht immer stabil. Angesichts des wachsenden Interesses daran, wie extreme Wetterbedingungen Wälder beeinflussen, ist es wichtig zu verstehen, wie Bäume ihre Lage wieder korrigieren. Die Studie allein zeigt allerdings nicht, wie wirksam dieser Mechanismus bei den verschiedenen Arten von Störungen ist.

Die neuen Erkenntnisse könnten auch für die Auswahl und Pflege von Bäumen von Nutzen sein. Wenn sich Pflanzen finden lassen, die ihr Wachstum besonders gut auf die Korrektur ihrer Lage abstimmen, könnte das dabei helfen, Arten oder Sorten auszuwählen, deren Stämme gerader wachsen. Das wäre für die Holzproduktion interessant, denn Verformungen und innere Spannungen, die durch ein schlecht abgestimmtes Wachstum entstehen, können die Qualität des Holzes beeinträchtigen.

Auch Nutzpflanzen könnten von einem besseren Verständnis profitieren – insbesondere Getreide, das sich vor der Ernte neigen oder zu Boden fallen kann. Dieses Problem heißt Lager und kann Ernteverluste verursachen, wenn die Pflanzen gegen Ende der Wachstumszeit umknicken. Zu verstehen, wie Pflanzen die Lage ihrer Stängel regulieren, schafft eine Grundlage für die Frage, ob sich Unterschiede im Wachstum verschiedener Sorten nutzen lassen. Bis Getreide dadurch tatsächlich weniger lageranfällig wird, ist jedoch weitere Forschung nötig. Die Studie liefert noch keine fertige Lösung für die Landwirtschaft.

Auch im Wald hängen die Holzqualität und die Geradheit des Stamms damit zusammen, wie das Gewebe entsteht. Das Gleichgewicht zwischen der Bildung von Zugholz auf den verschiedenen Seiten eines Stamms kann beeinflussen, wie groß die inneren Kräfte sind, die bei der Formkorrektur entstehen. Ein besseres Verständnis dieses Zusammenspiels könnte genauere Untersuchungen an Bäumen ermöglichen, die für die Holzgewinnung genutzt werden. Zugleich wirft es neue Fragen dazu auf, wie sich gerades Wachstum erreichen lässt, ohne übermäßige innere Spannungen aufzubauen.

Eine Entdeckung, die Zusammenarbeit über Fachgrenzen hinweg erforderte

Die Erklärung für das beobachtete Verhalten ergab sich nicht allein daraus, die Bäume zu betrachten. Nötig waren ein Versuchsaufbau, der äußere Signale abschwächte, die Beobachtung der Veränderungen an den Stämmen und eine Untersuchung der Gewebestruktur im Inneren. Hier zeigt sich der Wert der Zusammenarbeit verschiedener Fachrichtungen: Die Fragestellung verbindet Pflanzenwachstum, die Mechanik von Gewebe und Methoden zur Messung biologischer Reaktionen.

Felix Hartmann, Forschungsingenieur am INRAE, betonte, dass eine solche Entdeckung neue Ideen für Experimente, Zeit und Ausdauer sowie das Wissen verschiedener Fachleute erfordert. Der Versuch zeigt, wie ein ungewöhnliches Hilfsmittel – eine rotierende Plattform in einem gleichmäßig beleuchteten Raum – dabei helfen kann, verschiedene Aspekte des Pflanzenverhaltens voneinander zu trennen. Anschließend lassen sich die beobachteten Veränderungen am Stamm mit den Vorgängen im Inneren des Gewebes in Verbindung bringen.

Die übergeordnete Erkenntnis lautet: Pflanzenwachstum ist nicht die einfache Antwort auf ein einzelnes Signal. Licht und Schwerkraft spielen eine wichtige Rolle, erklären aber nicht alles. Auch die Form des Stamms kann beeinflussen, welche Art von Holz an welcher Stelle wächst. Bei den Pappeln ging die veränderte Lage des Zugholzes mit einer Veränderung der Stammform einher. Das erklärt anschaulich, wie Informationen über die eigene Lage eine Veränderung der Struktur auslösen können.

Fazit

Die Untersuchung an Pappeln zeigt, dass Bäume die Form ihrer Stämme anpassen können, indem sie Zugholz an unterschiedlichen Stellen bilden. In einem Versuch, bei dem die Richtungshinweise von Licht und Schwerkraft abgeschwächt wurden, krümmten sich waagerechte Stämme zunächst nach oben. In den darauffolgenden Wochen richteten sie sich wieder auf: Die Bildung von Zugholz endete auf einer Seite und setzte auf der gegenüberliegenden ein. Das spricht dafür, dass Pflanzen Informationen über ihre eigene Form nutzen, um ihr Wachstum zu steuern – und nicht allein auf äußere Bedingungen reagieren.

Diese Erkenntnis eröffnet neue Möglichkeiten, die Ausrichtung von Bäumen und innere Spannungen im Holz zu erforschen. Langfristig könnten die Ergebnisse auch dabei helfen, Bäume und Nutzpflanzen auszuwählen, die stabilere Stämme entwickeln. Bis daraus konkrete Anwendungen in Forstwirtschaft oder Landwirtschaft werden, ist jedoch noch weitere Forschung nötig. Die zentrale Botschaft: Auch wenn Bäume sich langsam bewegen, verändern sie ihre Struktur fortlaufend – und das Holz ist ein aktiver Teil dieser Reaktion.