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Mykorrhiza – Pilz trifft Wurzel

Mykorrhiza

Ektomykorrhiza eines Filzröhrlings an Eiche | Foto: W. Prüfert

Die meisten Pilzfreunde verbinden mit Mykorrhiza-Pilzen zuerst die Röhrlinge, von denen viele an bestimmte Baumarten gebunden sind. Das Pilzmyzel bildet dabei ein dichtes Netz um die Pflanzenwurzel („Ektomykorrhiza“, EcM), um dort Wasser, Mineralstoffe und Stickstoffverbindungen gegen Zucker einzutauschen.

Sehr viel älter und weiter verbreitet ist die „Arbuskuläre Mykorrhiza“, kurz AM, bei der die Pilze in die Wurzel eindringen und dort kleine bäumchenförmige „Arbuskel“ bilden. Schon vor 460 Millionen Jahren haben Pilze damit den ersten Landpflanzen geholfen, die Kontinente zu erobern. Das älteste Fossil eines Landlebewesens ist ein Pilz. Etwa 300.000 Pflanzen, 90 % der bekannten Arten, beteiligen sich an dieser Symbiose. Auf Seiten der Pilze sind stets Arten aus der Abteilung der Glomeromycota beteiligt, von denen man nur wenige Hundert Arten kennt.

Ektomykorrhiza betreiben dagegen nur etwa 2.000 Pflanzenarten, dafür aber 5.000 Pilzarten (überwiegend Basidiomycota). In Waldbiotopen außerhalb der Tropen dominiert diese Form. Durch die Mykorrhiza bilden die Pilze ein Netzwerk, das die umliegenden Waldbäume miteinander verbindet. Über dieses Pilz-Netzwerk tauschen die Bäume untereinander Nährstoffe und Nachrichten aus, sogar organische Stoffe zwischen verschiedenen Baumarten, wie neue Studien der Uni Basel belegen (siehe den Science-Report „Belowground carbon trade among tall trees in a temperate forest“). Für dieses Netzwerk wurde der Begriff „Wood Wide Web“ geprägt.

Heidekrautgewächse haben wiederum ihre eigene Form der Mykorrhiza, Orchideen nutzen sie aus, um Pilze zu schmarotzen, und es gibt Pflanzen ohne Blattgrün, die Mykorrhizen als Parasiten bewohnen. Vieles ist noch ungeklärt, so gibt es bei Saftlingen erste Indizien, dass auch sie eng mit Pflanzen interagieren.
Doch obwohl Mykorrhiza nicht nur für die Gesundheit des Waldes, sondern auch für den Ernteerfolg auf den Äckern verantwortlich ist, weiß man eigentlich noch sehr wenig darüber, wie sie auf molekularer Ebene funktioniert. Viel Raum für weitere Forschung.

Saprobionten – Recycling im Wald

Saprobiont

Saprobiont | Foto: W. Prüfert

Holz ist ein kompliziertes Verbundmaterial aus der faserigen und biegsamen Zellulose und dem brüchigen aber festen Lignin. Lignin abzubauen ist dabei eine besondere Kunst, die nur einige Pilze beherrschen und damit die sogenannte Weißfäule bewirken. Wie man aus Genanalysen ableiten kann, gelingt den Pilzen der Abbau von Lignin erst seit ca. 300 Mio. Jahren – damals ging das Kohlezeitalter zu Ende.

Unter den Holz- und Streuzersetzern gibt es Generalisten wie die Schmetterlingstramete (Trametes versicolor) und Spezialisten wie die Zitronengelbe Tramete (Antrodiella citrinella), die als Naturnähe-Zeiger an alten Weißtannen nur in Nationalparks Zuflucht findet. Der Zugespitzte Kugelpilz (Leptosphaeria acuta) hat sich auf vorjährige Stängel der Brennnessel spezialisiert und fehlt dort in keinem Bestand. Saprobiontische Pilze sind also in jedem Lebensraum ein fester Bestandteil des Ökosystems. Die moderne Angewohnheit, Rabatten und Spielplätze mit Rindenmulch und Holzhäckseln zu belegen, hat einer Reihe an kulturfolgenden Pilzen einen neuen Lebensraum eröffnet.

Pilze können jeden Typ organischen Materials zersetzen – Champignons (Agaricus bisporus) werden klassisch auf Pferdemist gezüchtet, Austernpilze (Pleurotus ostreatus) auf Stroh. Der Spaltblättling (Schizophyllum commune) kann bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem sogar den Nasenknorpel befallen. Der Kerosinpilz (Amorphotheca resinae) lebt in Treibstofftanks von Flugzeugen und Schiffen.

Manche Pilze greifen auch lebende Organismen an und töten sie ab, um sich dann saprobiontisch von den toten Zellen zu ernähren. Solche „nekrotrophen Parasiten“ bilden den Übergang zum nächsten Kapitel. Typische Beispiele sind Hallimasche (Armillaria sp.) auf verholzten Pflanzen und Kernkeulen (Cordyceps sp.) auf Insekten und Spinnen.

Pilze, die organisches Material abbauen, lassen sich leicht züchten. Zudem sind Pilze „gute Chemiker“, die eine Vielzahl an Inhaltsstoffen produzieren. Daher werden sie für die biotechnische Gewinnung vieler Stoffe wie Enzyme verwendet. Das Potential für weitere Anwendungen ist noch bei weiten nicht ausgeschöpft.

Phytopathogene – von Mehltau und Mutterkorn

Getreiderost

Getreiderost an Berberitze | Foto: W. Prüfert

Pilze, die auf Pflanzen parasitieren, können riesige Schäden in der Landwirtschaft verursachen. Die Reisbräune (Magnaporthe oryzae) vernichtet weltweit jährlich mehrere Prozent der Reisernte. Derzeit bedroht Fusarium oxysporum weltweit den Bananenanbau. Weizen und Gerste werden von Getreiderost (Puccinia graminis) und Echtem Mehltau (Blumeria graminis) befallen.

Als „Pilzkrankheiten“ werden auch Infektionen mit pilzlichen Einzellern bezeichnet, wie die Kraut- und Braunfäule an Kartoffeln und Tomaten, die von dem Oomycet Phytophthora infestans verursacht wird. Als der Pilz 1842 nach Irland eingeschleppt wurde, vernichtete er praktisch die gesamte Kartoffelernte: Eine Million Menschen verhungerten und zwei Millionen wanderten aus.

Durch diese wirtschaftliche Bedeutung werden phythopathogene Pilze etwas intensiver erforscht als andere Pilzarten. Kern der Forschung ist dabei die Pilz-Pflanze-Interaktion: wie gelingt es dem Pilz, das Immunsystem der Pflanze zu überlisten? Welche Abwehrmechanismen entwickelt die Pflanze? Parasitische Pilze sind hoch spezialisiert und haben sich in Jahrmillionen an Ko-Evolution mit den Pflanzen zusammen entwickelt. Das „Wettrüsten“ zwischen Infektion und Resistenz ist dabei ein Treiber der Evolution. Die genetischen Methoden eröffnen der Wissenschaft neue Einblicke in dieses Zusammenspiel.

Die Wirtspflanze zu vernichten, ist dabei eigentlich keine gute Überlebensstrategie für den Pilz. Massen-Infektionen sind nur eine Folge der vom Menschen erzeugten Monokultur. In der Natur dezimieren phythopathogene Pilze die häufigen Pflanzenarten, und geben damit selteneren Arten eine Chance und fördern somit die Artenvielfalt. Die Grenzen zwischen Parasitismus und Symbiose sind zudem fließend: Der Gras-Kernpilz (Epichloe typhina) lebt z. B. im Inneren von Gräsern und bildet Giftstoffe, die das Gras vor Fraßfeinden schützt. Auch das Mutterkorn (Claviceps purpurea) hat früher die Ernten nicht durch Schädigung der Getreidepflanze vernichtet, sondern durch die nervengiftigen Alkaloide für den Menschen unbrauchbar gemacht.

Flechten – Pilze mit Untermieter

Flechten

Flechten | Foto: W. Prüfert

Flechten sind Pilze, die sich eine Alge oder Cyanobakterie als „Zuckerfabrik“ halten. Um es noch komplizierter zu machen: In einigen Flechten scheint auch noch eine Basidiomyceten-Hefe eine wichtige Rolle zu spielen – welche, ist jedoch noch nicht erforscht.

In jedem Fall üben Flechten eine besonders intensive und erfolgreiche Pilz-Pflanze-Interaktion aus: während die Einzel-Organismen nur in optimaler Umgebung alleine lebensfähig sind, sind sie im Team als Flechte extrem genügsam und tolerant gegen Kälte und Trockenheit. So können sie von der Arktis bis zur Wüste sogar nackte Felsen als Extremstandorte besiedeln, wie die biblische Mannaflechte (Aspicilia esculenta).

Auf Luftschadstoffe reagieren viele Flechten dagegen sehr empfindlich, und dienen daher als Bio-Indikatoren im Monitoring.

Flechten werden auch aufgrund ihrer Inhaltsstoffe verwendet und erforscht: Das Destillat von „Eichenmoos“ (Evernia prunastri) ist ein unverzichtbarer Bestandteil vieler Parfüms, wenn auch wegen gelegentlich allergener Eigenschaften etwas in Verruf geraten. Der Farbstoff der Lackmusflechten (Roccella tinctoria u. a.) dient als Säure-Base-Indikator – der „Lackmustest“ wurde aus dem Chemieunterricht in den allgemeinen Sprachgebrauch übernommen.