Die wunderbare Uhr der Lebewesen
HAST du bemerkt, daß Pflanzen und Tiere über einen wunderbaren „Zeitsinn“ verfügen? Jedes Jahr sprießen, wachsen und blühen die Pflanzen nach einem bestimmten Zeitplan. Nicht alle haben den gleichen Zeitplan — es gibt Pflanzen, die im Frühjahr blühen, andere im Sommer und wieder andere im Herbst und Anfang Winter. Aber jede Pflanzenart „weiß“, wann ihre Blütezeit ist.
Ähnlich verhält es sich mit den Tieren. Als würden sie einem genauen Zeitplan folgen, paaren sie sich, bringen ihre Jungen hervor, verfallen in einen Winterschlaf oder ziehen in Winterquartiere oder erfüllen andere Aufgaben. Die Insekten zum Beispiel, die den Winter in einem Ruhezustand (Diapause genannt) überleben, hören gegen Ende des Sommers, obschon es noch warm ist, auf, Nahrung zu sammeln, stellen das Fortpflanzungsgeschäft ein und bereiten sich auf ihren Ruhezustand vor. Woher „wissen“ sie, daß der Winter naht?
Manche Vögel ziehen südwärts und verbringen den Winter in den Tropen. Wenn es in den nördlichen Breitengraden Frühling wird, ziehen sie zurück. Die Temperatur in den Tropen ist immer noch ungefähr die gleiche wie zur Zeit der Ankunft der Vögel; woher „wissen“ sie, daß es in ihren Brutgebieten wärmer geworden ist? Viele Menschen haben solche Fragen gestellt. Du auch?
Die wunderbare „Uhr“
Man nimmt an, daß das Licht dabei eine entscheidende Rolle spielt. Früher glaubte man, es handle sich hauptsächlich um Wärmereize, bewirkt durch die Wiederkehr warmen Wetters. Aber die Temperatur ist unbeständig; sie weicht nicht selten vom jahreszeitlichen Durchschnitt ab. Das Licht dagegen ist zuverlässig. An einem bestimmten Tag des Jahres ist die Tageslichtdauer immer die gleiche. Sie ändert sich nie. Pflanzen und Tiere erhalten so genaue Angaben über die Jahreszeiten.
Das bedeutet nicht, daß die Temperatur oder andere Faktoren den jahreszeitlichen Rhythmus der Pflanzen und Tiere nicht auch beeinflussen würden. Das ist offenbar der Fall. Aber die wichtigste „Uhr“ ist offenbar die Tageslichtdauer. Daß die Aktivität der Pflanzen und Tiere von dieser wunderbaren „Uhr“ gesteuert wird, ist eine verhältnismäßig junge Entdeckung.
Eine wichtige Untersuchung
Im Jahre 1920 wurde eine bestimmte Tabaksorte, „Maryland Mammoth“ genannt, untersucht. Man wollte herausfinden, warum diese Tabakpflanze so spät blühte, wenn man sie im Gebiet von Washington, D. C., zog. Obschon sie tagelang blühwillig war, hinderte sie etwas so lange am Blühen, bis es zu spät war, noch Samen zur Reife zu bringen.
Man führte viele Versuche durch, doch gelang es nicht, das Geheimnis zu lüften. Schließlich zog man solche Tabakpflanzen im Gewächshaus und verlängerte künstlich ihre Nacht. Und siehe da, sie blühten früher als die Pflanzen, die man im Freien zog. Jetzt wußte man, warum die Tabakpflanze „Maryland Mammoth“ im Gebiet von Washington D. C., so spät blühte. Erst im Spätsommer haben die Tage dort die Länge, die erforderlich ist, damit diese Tabakpflanze blüht!
Beeinflußt die Tageslichtdauer auch die Aktivität anderer Pflanzen? Weitere Untersuchungen, die die erwähnten Forscher anstellten, zeigten, daß das auch bei anderen Pflanzen der Fall ist. Man entdeckte, daß man die Pflanzen je nach ihrer Reaktion auf die Tageslichtdauer in drei Gruppen einteilen kann:
Erstens in Tagneutrale, das sind Pflanzen, wie Tomaten und Gurken, bei denen die Tageszeitdauer keinen Einfluß auf die Blütenbildung hat; zweitens in die Kurztagpflanzen, das sind Pflanzen, die nur bei weniger als zwölf Stunden Tageslänge blühen; drittens in die Langtagpflanzen, sie blühen nur bei mehr als zwölf Stunden Tagesdauer.
Die Konsequenz dieser Forschungsergebnisse
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen gaben Antwort auf viele Fragen. Sie erklären, warum Pflanzen einer bestimmten Art, die zu verschiedenen Zeiten des Jahres gesetzt werden, dennoch alle zur gleichen Zeit blühen. Auch lassen sie erkennen, warum gewisse Pflanzen in einer bestimmten Gegend blühen, in einer anderen Gegend dagegen nicht.
Pflanzenzüchter ermitteln jetzt regelmäßig das Licht- und Dunkelheitsbedürfnis der Pflanzen. Einige Pflanzen haben in dieser Hinsicht ganz bestimmte Bedürfnisse. Verschiedene Zwiebel- und Sojabohnenarten gedeihen zum Beispiel am besten in einem etwa 250 km breiten Gürtel. In Gebieten weiter nördlich oder südlich dieses Gebietes muß man mit Fehlernten rechnen.
Das Tageslichtbedürfnis einer Pflanze mag für Blumenliebhaber Enttäuschungen bringen. Auf einer Reise mag jemand eine blühende Pflanze für seinen Garten erstehen, doch zu Hause mag sie dann nicht blühen. Warum nicht? Der Tag mag da, wo er wohnt, für die Pflanze zu kurz sein, so daß sie nicht zu blühen vermag.
Ein Beispiel ist die Fetthenne (Sedum telephium), die in Südvermont (im NO der USA) gedeiht. Aber sie blüht nur bei einer Tageslänge von sechzehn und mehr Stunden. Diese Voraussetzung wird in Vermont erfüllt. Pflanzte man die Fetthenne aber in einem Gebiet viel weiter südlich an, würde sie nicht blühen, weil dort die Tagesperiode zu kurz ist.
Andererseits mögen die Bewohner von Nordmaine (Küstenstaat im NO der USA) dankbar sein, daß es bei ihnen wenig oder kein Traubenkraut gibt. Diese Pflanze blüht nur bei einer Tageslänge von vierzehneinhalb Stunden. In Nordmaine hat der Tag erst nach dem 1. August diese Länge, das bedeutet, daß die Samen dieses Krautes keine Zeit haben, sich zu entwickeln, bevor das kalte Wetter einsetzt.
Das Lichtwahrnehmungsvermögen der Pflanzen
Die Erkenntnis, daß das Blühvermögen gewisser Pflanzen von einer bestimmten täglichen Licht-Dunkel-Periode abhängt, führte zu einer weiteren Erkenntnis. Die Pflanzen müssen etwas besitzen, was die Veränderung der Tageslänge wahrnimmt und bewirkt, daß sie entsprechend reagieren. Vor kurzem ist dieser Stoff, „Phytochrom“ genannt, isoliert worden.
Phytochrom ist ein bläuliches, lichtempfindliches Pigment, das Rotlicht absorbiert. Man hat festgestellt, daß viele Pflanzen sich schneller entwickeln, wenn sie Rotlicht ausgesetzt werden. Unter der Einwirkung des Lichts steuert das Phytochrom die Wachstumsphasen der Pflanze, vom Samen bis zu ihrer vollen Entwicklung. Aber wie das geschieht, weiß man noch nicht.
Künstliches Steuern der Tageslänge
Viele Blumenzüchter machen jetzt guten Gebrauch von der Kenntnis der Licht- und Dunkelheitsbedürfnisse einer Pflanze. Dadurch, daß sie die Hell-Dunkel-Periode den Bedürfnissen einer Pflanze anpassen, können sie bewirken, daß sie zu jeder gewünschten Zeit blüht. Durch Anwendung dieser Methode können sie Pflanzen im Winter zum Blühen bringen, die normalerweise im Sommer blühen, oder Pflanzen, die normalerweise im Herbst blühen, können sie schon Monate früher zum Blühen bringen.
Chrysanthemen blühen zum Beispiel normalerweise im Herbst. Aber sie können schon im Sommer zum Blühen gebracht werden. Man muß nur ihre Nacht verlängern, indem man sie am späten Nachmittag mit einem Karton bedeckt und diesen dann am Morgen wieder entfernt. Die verlängerte Nacht bewirkt, daß die Chrysanthemen nicht erst im Herbst, sondern schon im Sommer blühen.
Wenn jemand haben möchte, daß eine Pflanze, die normalerweise im Sommer blüht, im Winter blüht, kann er das erreichen, indem er ihren Tag durch künstliches Licht verlängert; diese Pflanzen reagieren dann so, als wäre es Sommer. Sie blühen mitten im Winter, obschon die Tage dann kurz sind.
Wirkung auf die Tiere
Nachdem man die bemerkenswerte Wirkung der Tageslichtdauer auf die Pflanzen entdeckt hatte, suchte man zu ermitteln, ob sich die Tageslänge ähnlich auf die Tiere auswirkt. Und man stellte fest, daß auch im Leben der Tiere die Tageslänge eine entscheidende Rolle spielt, daß sie die Paarungszeiten und Zugperioden regelt. Die ersten Tierversuche machte man mit Staren. Normalerweise paaren sich die Stare im Frühling, wenn die Tage länger werden. Als man diese Vögel im Dezember nach Sonnenuntergang künstlichem Licht aussetzte, begannen die Männchen sich schon nach wenigen Tagen zu mausern, legten ihr buntes Hochzeitsgewand an und umwarben die Weibchen; ihr Paarungstrieb war vier Monate früher erwacht, nur weil der Tag künstlich verlängert worden war!
Ähnliche Versuche wurden mit Frettchen gemacht, die sich normalerweise im Frühjahr oder im Frühsommer paaren. Als man ihren Tag durch künstliches Licht verlängerte, paarten sie sich im Winter. Sowohl die Stare als auch die Frettchen sind Langtagtiere. Sie zählen zu den Tieren, die sich paaren, wenn die Tagesperioden lang sind.
Viele andere Tiere, wie Ziegen, Schafe und Rotwild, paaren sich dagegen im Herbst, wenn die Tage kürzer sind. Schafzüchter, die schon zu Beginn des Frühjahrs Lämmer haben möchten, bringen die Schafe im Juli und August schon vor Sonnenuntergang in dunkle Ställe; das hat zur Folge, daß sie sich früher paaren.
Viele interessante Versuche sind auch mit Insekten durchgeführt worden, zum Beispiel mit dem Seidenspinner. Die Eier, die er im Herbst legt, überwintern. Im Frühjahr schlüpfen die Räupchen aus. Die Larven verpuppen sich bald, und kurz danach schlüpfen die Schmetterlinge aus den Kokons. Aber Eier, die im Frühsommer gelegt werden, machen keine Ruhepause durch.
Durch Versuche hat man festgestellt, daß die Tageslichtdauer dafür entscheidend ist, daß die im Frühsommer gelegten Eier keine Ruheperiode durchmachen, während die im Herbst gelegten überwintern. Durch künstliche Regelung der Tageslichtdauer kann man bewirken, daß eine Generation Seidenspinner um die andere geboren wird, ohne daß die Eier ein Ruhestadium durchmachen. lindert man jedoch die Tageslichtdauer, verkürzt man sie, dann machen die in dieser Zeit gelegten Eier eine Ruhepause durch.
Wie bei den Pflanzen, so muß auch bei den Tieren ein Mechanismus vorhanden sein, der die verschiedenen Reaktionen auf die Tageslichtdauer auslöst. Man vermutet, daß es sich dabei um ein Hormon handelt. Aber noch weiß man wenig Einzelheiten darüber, wie die Botschaften über die Tageslänge empfangen oder übermittelt werden.
Obgleich der Mensch schon vieles über die Wunder der Schöpfung gelernt hat, wird er immer wieder daran erinnert, wieviel er noch nicht versteht. Die Forschung über die Wirkung, die die Tageslänge auf Pflanzen und Tiere hat, veranschaulicht das deutlich.