Mimose in der Wissenschaft: Wie die Blattbewegung funktioniert

Wo sitzt der Motor? Pulvinus und Zelldruck

Muskeln hat die Mimose nicht. Die Bewegung entsteht in den Blattgelenken, den Pulvini. Ein Pulvinus ist ein verdickter Bereich an der Basis des Blattstiels. Seine Zellen können sich durch Aufnahme und Abgabe von Wasser schnell ausdehnen und zusammenziehen.

Bei einer Berührung verlagert sich im Gelenk Wasser, und der Zelldruck ändert sich. In bestimmten Bereichen des Pulvinus geben die Motorzellen Ionen ab, beschrieben sind vor allem Kalium und Chlorid. Wasser folgt den Ionen nach außen, und der Druck in diesen Zellen fällt ab. Weil der Druck nur in einem Teil des Gelenks sinkt, faltet sich das Blatt zusammen.

Der Vorgang lässt sich umkehren. Die Zellen nehmen wieder Wasser auf, der Druck steigt, und das Blatt entfaltet sich erneut. Weil die Bewegung wiederholbar und mit bloßem Auge sichtbar ist, nutzt die Forschung die Mimose als Studienobjekt für Pflanzenbewegungen.

Wie läuft der Reiz durch die Pflanze?

Zwischen Berührung und Gelenkbewegung liegt eine Kette von Signalen. Die einzelnen Schritte sind beschrieben, ihre genaue Abfolge erforscht die Wissenschaft aber noch.

Mechanosensitive Ionenkanäle nehmen den Reiz auf

Am Anfang stehen mechanosensitive Ionenkanäle in der Zellmembran. Das sind Proteine, die sich öffnen, sobald Druck oder Dehnung auf die Membran wirkt. Durch die offenen Kanäle fließen Ionen, und die elektrische Spannung an der Membran ändert sich. Ähnliche Kanäle gibt es auch in tierischen Zellen. Neuere Arbeiten deuten darauf hin, dass bei der Mimose mehrere Kanaltypen beteiligt sind, die auf unterschiedlich starke Reize ansprechen.

Aktionspotentiale und Variationspotentiale leiten das Signal weiter

Ähnlich wie Nervenzellen bei Tieren gibt die Mimose Informationen über elektrische Signale weiter. Aktionspotentiale sind kurze elektrische Impulse, die sich schnell ausbreiten und die Blattreaktion auslösen. Daneben wurden langsamere, länger anhaltende Variationspotentiale nachgewiesen. Diese Signale sollen zur Feinabstimmung der Reaktion beitragen. Ein Nervensystem besitzt die Pflanze trotzdem nicht.

Jagadish Chandra Bose gilt als einer der Ersten, die elektrische Signale in Pflanzen nachgewiesen haben, darunter in der Mimose. Seine Versuche zeigten, dass mechanische Reize messbare elektrische Veränderungen auslösen. Die Ergebnisse wurden anfangs kontrovers diskutiert und gelten heute als Grundlage der pflanzlichen Elektrophysiologie.

Calcium verstärkt das Signal

Öffnen sich die Kanäle, strömt Calcium in die Zellen. Der plötzliche Anstieg der Calcium-Konzentration wirkt als Botenstoff und stößt weitere Reaktionen an. Calcium-abhängige Proteine werden aktiv und geben das Signal weiter, bis sich am Ende der Zelldruck im Gelenk ändert. Wie diese Schritte im Einzelnen ineinandergreifen, ist noch nicht vollständig geklärt.

Pflanzenhormone und längerfristige Anpassung

Auch Pflanzenhormone werden mit der Reizreaktion in Verbindung gebracht, vor allem Jasmonsäure und Abscisinsäure. Bei Berührung sollen sie vermehrt gebildet werden und das Signal verstärken. Darüber hinaus regulieren sie nach bisherigem Stand Gene, die für die Empfindlichkeit der Mimose wichtig sind. So beeinflussen die Hormone, wie sich die Pflanze längerfristig an wiederholte Reize anpasst.

So greifen die Schritte nach heutigem Stand ineinander:

Was verrät die Genetik über die Mimosenbewegung?

Forschende haben begonnen, die genetischen Grundlagen der Bewegung zu entschlüsseln. Identifiziert wurden Gene, die für Bildung und Funktion der mechanosensitiven Ionenkanäle verantwortlich sind. Auch Gene, die den Zelldruck in den Gelenken regulieren, sind beschrieben.

Einige dieser Gene ähneln solchen, die bei anderen Pflanzen Schlafbewegungen steuern. Das deutet darauf hin, dass die Mimose vorhandene genetische Mechanismen für ihre schnelle Reaktion abgewandelt hat. Genetische und epigenetische Faktoren dürften künftig noch genauer untersucht werden.

Wenn häufige Reize die Reaktion abschwächen

Mimosen, die häufig berührt werden, reagieren nach bisherigen Beobachtungen weniger empfindlich und zeigen eine veränderte Genaktivität. Diese abnehmende Reaktion auf wiederholte, harmlose Reize heißt Habituation. Als Nutzen gilt, dass die Pflanze Energie spart, wenn häufige Bewegungen nicht nötig sind.

Ein Teil dieser Anpassung wird epigenetischen Faktoren zugeschrieben. Dabei ändert sich, welche Gene aktiv sind, ohne dass sich die Erbinformation selbst verändert. Solche Veränderungen gelten als umkehrbar, sodass die Pflanze ihre Empfindlichkeit wieder an die Umgebung anpassen kann. Ob man dabei von Lernen oder Gedächtnis sprechen sollte, hängt davon ab, wie weit man diese Begriffe fasst.

Für dich zu Hause heißt das: Häufiges Antippen kann genau die Empfindlichkeit abschwächen, die du beobachten möchtest.

Warum klappt die Mimose abends ihre Blätter zusammen?

Die Mimose bewegt sich nicht nur, wenn etwas sie berührt. Abends kann sie ihre Fiederblätter im Rahmen der Schlafbewegung zusammenlegen. Fachleute nennen diese Bewegung Nyktinastie. Die Schlafbewegung folgt dem Wechsel von Tag und Nacht und läuft damit vorhersehbar ab. Die Berührungsreaktion kommt dagegen immer dann, wenn ein Reiz eintrifft.

Beide Bewegungen beruhen auf Druckänderungen im Blattgelenk. Ausgelöst werden sie über verschiedene Signalwege: die Berührungsreaktion über mechanosensitive Kanäle, die Schlafbewegung über Licht und die innere Uhr der Pflanze.

Geschlossene Blätter am Abend können also schlicht die Schlafbewegung sein. Ich schaue in so einem Fall am nächsten Vormittag nach, ob die Blätter wieder offen stehen, bevor ich am Standort etwas ändere.

Wozu dient die Bewegung?

Eine gängige Erklärung ist der Schutz vor Fressfeinden. Ein Blatt, das plötzlich zusammenklappt, kann Angreifer abschrecken. Auf zusammengeklappten Blättern finden kleinere Insekten zudem schlechter Halt. Diskutiert wird außerdem, dass die Mimose bei großer Hitze oder Trockenheit durch das Zusammenklappen Wasser spart. Wie diese Funktionen am natürlichen Standort zusammenspielen, untersucht die ökologische Forschung weiter.

Welche anderen Pflanzen bewegen sich?

Die Mimose ist nicht die einzige Pflanze mit sichtbaren Bewegungen. Die Anlässe unterscheiden sich allerdings deutlich.

Vergleichende Studien stellen die Mimose neben die Venusfliegenfalle und den Sonnentau. Alle drei nutzen mechanosensitive Ionenkanäle, die anschließenden Signalwege unterscheiden sich aber. Die Venusfliegenfalle ist eine fleischfressende Pflanze, deren Falle dem Fang und der Verdauung von Beute dient. Die Mimose verdaut nichts, ihre Bewegung wird als Schutzreaktion gedeutet.

Im Garten zeigt die Garten-Balsamine eine Bewegung auf Berührung. Reife Kapseln springen bei Berührung auf und verstreuen die Samen. Die Kapsel öffnet sich dabei, um Samen zu verbreiten, während das Mimosenblatt in seine Ausgangsstellung zurückkehrt.

Von Reizbewegungen wie bei der Mimose unterscheidet die Botanik die Wachstumsbewegungen, die Tropismen. Tropismen entstehen durch ungleichmäßiges Zellwachstum und laufen deutlich langsamer ab. Die Mimosenbewegung beruht dagegen auf schnellen Druckänderungen und ist umkehrbar.

Woran arbeitet die Forschung heute?

Messen an einer Pflanze, die auf jede Erschütterung reagiert

Gerade die Empfindlichkeit der Mimose erschwert ihre Untersuchung. Jede kleine Berührung oder Erschütterung kann eine Reaktion auslösen und eine Messung verfälschen. Forschende müssen deshalb sehr behutsam arbeiten. Dazu kommt das Tempo, denn die Bewegung läuft in Sekundenbruchteilen ab. Selbst schnelle Kameras und empfindliche Sensoren stoßen dabei an Grenzen. Um die Vorgänge zu entschlüsseln, arbeiten Botanik, Physik, Chemie und Informatik zusammen.

Anwendungen: Bionik und Umweltbeobachtung

Die Gelenkbewegung der Mimose regt Ingenieure zu neuen Mechanismen an, besonders im Bereich der weichen Robotik, der Soft Robotics. Auch bei Sensoren und bei Materialien, die sich selbst an Reize anpassen, dient die Mimose als Vorbild. Wie weit solche Ideen in die Praxis kommen, ist offen.

Weil die Mimose empfindlich auf Umweltreize reagiert, wird sie auch als möglicher Bioindikator untersucht. Fachleute nutzen dafür festgelegte Erhebungsverfahren und ergänzen sie bei Bedarf durch Messungen, wie stark Pflanzen mit Schadstoffen belastet sind. Was das konkret bedeutet, zeigt der Ratgeber, wie sich die Mimose als Bioindikator für Umweltveränderungen einsetzen lässt.

Fühlt die Mimose Schmerz?

Die sichtbare Reaktion auf Berührung lässt manche Menschen an Gefühle oder sogar Schmerz denken.

Ich behandle meine Mimose trotzdem rücksichtsvoll und tippe sie nur selten an. Das hat einen praktischen Grund: Nach jeder Reaktion braucht die Pflanze Zeit, bis die Blätter wieder offen stehen.

Wie beobachtest du die Bewegung zu Hause?

Eine Mimose, die du beobachten willst, braucht einen ruhigen Platz. Stell sie geschützt vor Zugluft und häufigen Erschütterungen auf. Hell soll der Platz sein, vor heißer Sonne aber schattiert. Wie du das Licht für die Mimose drinnen und draußen anpasst, erklärt ein eigener Ratgeber.

Im Zimmer braucht die Mimose eine hohe Luftfeuchtigkeit. Staunässe und stehendes Wasser im Untersetzer vermeidest du. Den Sommer kann sie an einem geschützten Platz im Freien verbringen. Meine Mimose steht an einem Fenster, an dem niemand im Vorbeigehen daran streift.

Neben der Bewegung lohnt der Blick auf die Blüten. Eine einzelne Blüte hält nur einen Tag, dafür entstehen laufend neue. Wann die Mimose blüht und wie du ihre Blüte förderst und verlängerst, beschreibt ein eigener Ratgeber.

Achtung

Die Mimose enthält den toxischen Pflanzenstoff Mimosin. Stell sie so auf, dass Kinder und Haustiere nicht an sie herankommen. Besteht bei Hund oder Katze ein Vergiftungsverdacht, bring das Tier sofort zum Tierarzt, gib keine Hausmittel, erzwinge kein Erbrechen und nimm bekannte Pflanzenreste mit. Hat ein Mensch Pflanzenteile verschluckt, entferne Reste aus dem Mund, kontaktiere ein Giftinformationszentrum oder ärztliche Hilfe und löse kein Erbrechen aus.

Eine Mimose aus Samen ziehen

Wer die Bewegung von der ersten Jungpflanze an verfolgen will, zieht die Mimose aus Samen. Ich lege die Samen vor der Aussaat einen Tag in raumwarmes Wasser. Danach säe ich sie auf feuchte Anzuchterde und bedecke sie leicht. Die Sämlinge haben feine Wurzeln, deshalb wartest du mit dem Umtopfen.

Wie du Mimosen durch Aussaat und Stecklinge vermehrst und welche Arten es gibt, zeigt der Ratgeber zu Mimosen-Arten und ihrer Vermehrung. Deine Sommerblumen-Aussaaten planst du mit dem Aussaatkalender für Sommerblumen zum Ausdrucken.