Gesundheit: Sonnencreme für Bäume

Der Herbst ist da und mit ihm die prächtig gelb und rot gefärbten Bäume. Doch während die meisten von uns den Anblick der farbigen Blätter einfach nur genießen, sind einige Wissenschaftler auf der Suche nach ihrem Sinn.

Lange Zeit wurde der Blattfärbung eine biologische Funktion abgesprochen: Man tat das Farbenspiel als reine Nebenerscheinung des herbstlichen Blattsterbens ab. Bis vor ein paar Jahren einer der bedeutendsten Evolutionsbiologen des letzten Jahrhunderts, William Hamilton, eine völlig neue Theorie zur Herbstfärbung präsentierte. Auf einmal interessierten sich viele Forscher für das bis dahin wissenschaftlich vernachlässigte Thema. Die jüngste Theorie zum bunten Herbstlaub wurde nun von einem deutschen und einem englischen Biologen aufgestellt – beide sind der Ansicht, dass Hamilton mit seinen Annahmen falsch lag.

Hamilton konnte seine Hypothese nicht selbst veröffentlichen, da er im Jahr 2000 starb. Einer seiner Schüler aber, Sam Brown, spann die Theorie weiter und veröffentlichte sie im Namen Hamiltons nach dessen Tod: Demnach sei die Färbung der Blätter ein Warnsignal für Insekten. So gibt es Blattläuse, die im Herbst bestimmte Bäume befallen und dort ihre Eier ablegen. Die im Frühjahr schlüpfenden Larven entwickeln einen unstillbaren Appetit auf junge, frische Blättchen – ein solcher Blattlausbefall kann einem Baum also beträchtlichen Schaden zufügen. Pflanzen sind aber nicht wehrlos gegen die unwillkommenen Fressfeinde. Sie können giftige Abwehrstoffe in ihre Blätter einlagern, die den gefräßigen Insektenlarven schaden.

Nach Hamiltons und Browns Vermutung färben sich die Blätter eines Baumes umso intensiver, je gesünder und wehrhafter dieser ist. Für Insekten die Botschaft, sich einen anderen, „schwächeren“ Baum zu suchen.

Die gelbe und rote Farbe der Herbstblätter könnte aber auch eine ganz andere Ursache haben. Dies ist die Ansicht des Biologen Martin Schaefer von der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg und seines Kollegen David Wilkinson von der John Moores Universität in Liverpool. Die beiden Forscher haben pflanzenphysiologische Daten der letzten Jahre ausgewertet und sind zu folgendem Schluss gekommen: Die Blattfarbstoffe, die für die Färbung des Herbstlaubes zuständig sind, schützen die Blätter vor zu viel Sonne.

Pflanzen haben mehrere Blattfarbstoffe. Im Frühling und im Sommer dominiert vor allem die grüne Farbe des Chlorophylls. Chlorophyll ist der wichtigste Blattfarbstoff, er fängt nämlich das Sonnenlicht für die Photosynthese ein, dem biochemischen Prozess, durch den Pflanzen Energie gewinnen. Die grüne Phase der Blätter endet mit dem Sommer. Ab September beginnen sie sich langsam zu verfärben, um im Oktober den Höhepunkt ihrer farbigen Pracht zu erreichen.

Wie die Farben des bunten Herbstlaubes zustande kommen, ist schon lange bekannt: Im Inneren eines Blattes finden im Herbst zahlreiche Umbauprozesse statt. Blätter enthalten viele für den Baum wichtige Nährstoffe, die dieser für sein Wachstum im nächsten Frühjahr braucht. Bevor ein Blatt also stirbt und abfällt, zieht der Baum diese Nährstoffe, vor allem die „Grundnahrungsmittel“ Stickstoff und Phosphat, in seinen Stamm zurück. In dieser Umbauphase wird auch das Chlorophyll abgebaut, wodurch die gelbe Farbe der Carotinoide zum Vorschein kommt. Die gelben Farbstoffe sind also auch im Sommer im Blatt enthalten, aber durch das Chlorophyll verdeckt.

Anders die roten Farbstoffe: „Anthocyane werden erst im Herbst neu gebildet. Deswegen wurde lange Zeit angenommen, dass sie nur Nebenprodukte des Blattsterbens sind und somit keine biologische Funktion haben“, sagt Schaefer. Tatsächlich sind sie alles andere als nur Nebenprodukte, sie haben sehr wohl eine biologische Funktion: Anthocyane dienen als eine Art UV-Filter, ähnlich denen in Sonnenschutzcremes.

Bei zu viel Licht oder zu niedrigen Temperaturen stehen Pflanzen gewissermaßen unter Stress. In solchen Fällen fahren sie ihre Photosyntheserate herunter und stellen dadurch weniger Energie her. „Die Blätter eines Baumes sind gerade in den herbstlichen Morgenstunden Licht- und Kältestress ausgesetzt, also einer Kombination, die die Photosynthese hemmt“, sagt Schaefer. Das Sonnenlicht kann nicht wie üblich in chemische Energie umgewandelt werden. Stattdessen bilden sich durch die Wirkung des „überschüssigen“ Lichtes freie Radikale, äußerst aggressive Moleküle, die das Blattgewebe zerstören. „Anthocyane wirken wie ein Schutzschild. Zum einen vor zu viel Licht und zum anderen vor freien Radikalen“, erklärt der Forscher. Die Wirkung der Carotinoide sei ähnlich, nur eben nicht auf den Herbst beschränkt.

Die Hypothese der beiden Biologen wird unter anderem dadurch gestützt, dass auch Keimlinge, deren Blätter im Frühjahr ebenfalls Kälte und viel Licht ausgesetzt sind, zu ihrem Schutz Anthocyane einlagern. Ein weiteres Beispiel sind Bodenpflanzen in Regenwäldern, die an dämmrige Lichtverhältnisse angepasst sind: auch sie lagern die roten Farbstoffe ein, um sich damit vor wandernden Sonnenflecken, also plötzlich auftretendem Lichtstress, zu schützen.

Der Sonnenschutz hat den Vorteil, dass das Blattgewebe länger erhalten bleibt, wodurch länger Energie gewonnen werden kann. „Im Gegensatz zur weit verbreiteten Meinung hört die Photosynthese eben nicht auf, wenn sich die Blätter färben“, so Schaefer. Letztlich kann der Baum also noch mehr Nährstoffe recyceln, um einen möglichst guten Start im Frühjahr zu haben.

Ein so beeindruckend schönes Farbenspiel kann ja unmöglich sinnlos sein.

Juliette Irmer