Flavonoide schützen Sonnenblumen vor UV-Strahlung und Austrocknung

Sonnenblumen waren schon im Amerika vor der europäischen Kolonisierung Anlass für Verehrung. “Zum Sonnengott blickende große Blume” (dä nukhä) nennen zum Beispiel die Otomí in Mexiko diese Pflanzen mit ihrem hell leuchtenden Kranz aus Blütenblättern um den braunen Teller in der Mitte (Lentz, 2008). Viele Insekten orientieren sich zur Bestäubung nicht an dem gelben Kranz sondern erkennen eine Musterung im ultravioletten Licht. Auch hier ist der Teller dunkel. Aber auch Teile der Blütenblätter verschlucken das UV-Licht. Die Größe des dunklen Teils der Blütenblätter und damit des dunklen Zentrums als Ganzem ist sehr unterschiedlich. Solche Vielfalt von Pflanzen und ihre Anpassungen an die Umwelt zu verstehen ist ein Ziel der ForscherInnen am Zentrum für Biodiversität an der Universität British Columbia. Die Unterschiede in der UV-Färbung von Sonnenblumen hängen unter anderem vom Klima in den Sommermonaten am ursprünglichen Standort ab (Todesco, 2022)

Aus Amerika

Wie Kartoffel, Tomate oder Paprika stammt auch die Sonnenblume aus Amerika, war in Europa also bis zum 15. Jahrhundert unbekannt. In Amerika hingegen werden die Samen seit fast fünftausend Jahren konsumiert, wie Spuren im heutigen Mexiko belegen.

Lentz et al., 2008

Marco Todesco ist Biologe, seine Karriere führte ihn nach dem Studium in Italien und der Promotion in Deutschland vor ein paar Jahren an jenes Institut für Biodiversität in Vancouver. Er und seine KollegInnen arbeiten mit Sonnenblumen, weil diese in Nordamerika überall, in unterschiedlichsten Umgebungen wachsen. “Vor ein paar Jahren wollten wir eine große Studie zu genetischer Vielfalt machen”, erzählt er uns. In dem Labor fehlte damals aber eine flächendeckende Sonnenblumensammlung. “Also nahm der damalige Postdoc Dylan Orion seinen roten Pick-up und fuhr kreuz und quer durch Nordamerika”. Samen Tausender Sonnenblumenpflanzen schickte er von seinen Reisen zurück nach Vancouver.

Dort können die ForscherInnen die Samen keimen und die Pflanzen nebeneinander unter gleichen Bedingungen wachsen lassen. Und trotzdem haben diese Sonnenblumen unter UV-Licht unterschiedlich groß leuchtende Ränder. Wie Todesco und seine KollegInnen beobachteten, mögen die bestäubenden Insekten jene Blüten mit mittelgroßem Zentrum am meisten. Aber warum gibt es dann die extremen Färbungen, bei denen die Blütenblätter ganz oder auch gar nicht leuchten? Es sind Anpassungen an die Temperatur und Luftfeuchtigkeit am ursprünglichen Standort.

Fotos von Blüten der Sonnenblume. Eine im sichtbaren Licht (gelbe Blütenblätter, brauner Teller) und sieben Aufnahmen im ultravioletten Licht mit zunehmender Schwärzung der Blütenblätter.
Fotos von Blüten der Sonnenblume im sichtbaren Licht (ganz links) und im ultravioletten Licht. (Todesco et al., eLife 2022, CC BY 4.0)

Trockenheit und Wärme

Todesco konnte mit seinen KollegInnen ein Gen ausmachen das bei den dunklen Sonnenblumen besonders aktiv ist. Von anderen Pflanzen weiß man, dass dieses Gen Flavonoide produziert. Diese Pflanzenstoffe, oft als natürliche Wundermittel angepriesen und verkauft (z.B. EGCG aus Grünem Tee), filtern UV-Licht heraus. Der Schutz vor schädigender UV-Strahlung ist bei Sonnenblumen scheinbar aber nicht der Hauptgrund, sonst müsste höhere UV-Strahlung am Herkunftsort dunklere Blüten hervorrufen. Bei Gänsefingerkraut ist das so (Koski, 2022), bei Sonnenblumen konnte Todesco das nicht beobachten. Die Blüten des Gänsefingerkrautes sind aber glockenförmig und so kann Schaden durch reflektiertes UV-Licht entstehen.

Karte der USA, Nordmexikos und Südkanadas. Kreisdiagramme am Ort der Herkunft zeigen wie groß der Hell- und Dunkelanteil an den Blütenblättern ist.
Herkunft der verwendeten Samen Verhältnis von UV-hellen zu UV-dunklen Anteilen der Blütenblätter.

Bei Sonnenblumen ist ein anderer Effekt der Flavonoide wichtig: sie schützen die Blüten vor dem Austrocknen. Von den WissenschaftlerInnen abgepflückte Blütenblätter trockneten langsamer aus, wenn in ihnen mehr Flavonoide stecken. Wie genau der Schutz entsteht kann Todesco noch nicht sagen. Dass dies aber eher kein Zufall ist, schon.

Zu jedem Samen in der Sammlung ist die Herkunft bekannt und daher auch das dortige sommerliche Klima: feucht und warm in Texas, kühl in Alberta und sehr trocken in Kalifornien. Und wie das Klima so die Blumen. Auf dem Versuchsfeld in Vancouver blühen die Pflanzen der Samen aus Kalifornien mit einer UV-dunklen Blüte, die texanischen Nachfahren mit einer hellen und die aus dem kanadischen Alberta gehen den Mittelweg.

Was bringt das?

Der Mythos

Junge Sonnenblumen verfolgen tagsüber den Weg der Sonne, in der Nacht drehen sie sich zurück. Je älter sie werden umso schwächer wird der Effekt. Ausgewachsene Pflanzen machen das gar nicht mehr, das ist ein Mythos. Die fertigen Blüten blicken dann immer in Richtung des Sonnenaufgangs.

Atamian et al. (2016)

Ausgewachsene Sonnenblumen blicken der Morgensonne entgegen (übrigens den ganzen Tag). So wärmen sie bei Sonnenaufgang schneller auf und machen sich attraktiv für ihre Bestäuber. Wie viel UV-Licht aufgenommen wird, ist für die Erwärmung unwichtig. Auch das sah Todesco im Experiment. Die anderen Farben bringen mehr Energie. Die Flavonoide schützen die Blume in trockenem Klima vor dem Austrocknen, das Fehlen der Flavonoide hingegen könnte die Transpiration ankurbeln und die texanischen Blüten vor Überhitzung bewahren.

Diese Zusammenhänge zu verstehen, ist auch von praktischer Bedeutung. Sonnenblumen sind heute weltweit verbreitet, als Dekoration und als Nutzpflanze wegen des Öls. Allein in der Europäischen Union wurden 2020 auf über vier Millionen Hektar Sonnenblumen angebaut.

©Niko Komin (@kokemikal)

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