Weizen "schwimmt" in den Boden

Grannen des wilden Weizen bohren die Saat in den Boden

Kulturweizen würde ohne modernen Drillmaschinen fortgeschwemmt oder auf dem Boden vertrocknen. Je nach Witterung. Oder von den Vögeln gleich verzehrt werden. So bringen die Bauern die Saat in den schützenden Boden. Doch wie macht das der wilde Weizen, der auf sich alleine gestellt ist? Das haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts (MPI) für Kolloid- und Grenzflächenforschung herausgefunden und in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Grannen sind die „Muskeln“ des Weizenkorns
Das wilde Weizenkorn hat alles, was der Pflanzennachwuchs braucht – sogar das Werkzeug, um sich in die Erde zu bohren. In der trockenen Luft biegen sich die beiden Borsten nach außen. Nachts, vom Tau angefeuchtet, strecken sie sich dagegen. Über mehrere Tage schieben diese Bewegungen, die Schwimmstößen eines Frosches ähneln, das Korn in die Erde. Widerhakenähnliche Silicahärchen sorgen dabei, dass sich die Saat nur abwärts bewegt.

Grannen als Steuer und Motor
Die Grannen des Wilden Weizens sind Steuer und Motor in einem: Sie steuern ein reifes Korn mit der Spitze abwärts zu Boden, indem sie die Saat im Fallen richtig ausbalancieren. Steckt das Korn dann in der Erde, verwandeln es die beiden Borsten in einen Bohrer und treiben das Korn in die Krume. Die Kraft kommt alleine aus der Luft, die an den natürlichen Standorten des wilden Weizens tagsüber trocken und nachts feucht ist. Der Kulturweizen beherrscht diesen Trick nicht mehr.

Eine Bohrmaschine für die Saat: I Der Samen und ein teil der Grannen stecken im Boden. (Der Pfeil deutet auf ein Silicahärchen). II Wird es nachts feuchter, richten sich die Grannen auf und schieben so das Korn tiefer in die erde. Die Silicahärchen verhindern eine Bewegung nach oben. III In der trockenen Luft des nächsten Tages biegen sich die Grannen erneut auseinander. So spannt sich der Bohrer, der den Samen in der nächsten Nacht tiefer in den Boden treibt.
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächeforschung

Tagsüber krümmen sich die beiden Grannen nach außen und in der feuchten Nacht bewegen sie sich aufeinander zu. Das funktioniert, weil die Kappe der Granne, also die Seite, die sie ihrer Partnergranne zuwendet, anders auf Feuchtigkeit reagiert als die Außenseite. In der Kappe sind die Zellulosefasern, die von en Biologen Fibrillen genannt werden, parallel zur Granne angeordnet. Im unteren Teil hingegen ist die Ausrichtung beliebig. Das macht die Kappe nicht nur zehnmal steifer als den Rücken, sondern verwandelt die Granne in eine kleine Bohrmaschine. Wird es nämlich in der Nacht feucht, dann schwellen alle Fibrillen in der Breite an. So bleibt der Grannenkappe nur die seitliche Ausbreitung, da hier die Fasern parallel verlaufen. Der Grannenrücken hingegen streckt sich auch, da hier etliche Grannen auch quer liegen. So richtet sich die gesamte Granne in der Nacht auf.

Wie beim Tannenzapfen
„Der Mechanismus ähnelt dem beim Öffnen des Tannenzapfens“, sagt Rivka Elbaum, eine beteiligte Wissenschaftlerin des MPI. „Der mittlere Bereich des Grannenrückens funktioniert wie ein Muskel, der die Granne beugt und streckt.“
Alleine das reicht jedoch noch nicht, dass sich das Korn in die Erde bohrt. Entscheidend sind die feinen Silicahärchen, die Glashärchen auf der Außenseite. Die Härchen wirken wie Widerhaken, was wir auch deutlich spüren, lassen wir die Grannen durch unsere Hände gleiten. Vom Korn weg gestrichen laufen sie geschmeidig über die Haut, zum Korn hin ist der widerstand der Härchen deutlich zu spüren. Die Silicahärchen verhindern, dass sich die Grannen wieder aus der Erde schieben, wenn sich die Borsten nachts strecken. Sie können sich daher nur in die Erde schieben, so dass das Korn Nacht für Nacht ein bisschen tiefer in die Erde „schwimmt“.
In ihren Versuchen haben die Experten ein Weizenkorn und den unteren Teil er Grannen in ein Tuch eingeschlagen. Die Silicahärchen haben sich in den Stoff verhakt und durch den Wechsel der Luftfeuchtigkeit rutschte das Korn immer tiefer in das Tuch. „Der wilde Weizen nutzt diesen Mechanismus, um sich zu verbreiten“, stellt Prof. Dr. Fratzl, Direktor am Potsdamer MPI und Leiter der Forschergruppe fest. Das funktioniert übrigens auch über der Erde. „Wir haben nach dem Mechanismus der Grannen bereits einfache Maschinen und Muskeln gebaut, die Veränderungen der Luftfeuchtigkeit in Bewegung umsetzen,“ sagt Dr. Fratzl. Er sieht darin auch einen Beitrag, erneuerbare Energien zu nutzen.

Lesestoff:
Rivka Elbaum, Liron Zaltzman, Ingo Burgert, Peter Fratzl: The Role of Wheat Awns in the Seed Dispersal Unit; Science 11. Mai 2007

MPI, roRo