Forscher sehen erstmals live, wie Pflanzen atmen

Manche Pflanzen wachsen kräftig, andere wirken trotz gleicher Pflege schnell gestresst. Der Unterschied entsteht oft im Blatt selbst. Dort sitzen winzige Öffnungen, die Stomata heißen: Sie steuern bei Pflanzen, wie viel Kohlendioxid aufgenommen und wie viel Wasser abgegeben wird. Schon kleine Veränderungen an diesen Poren beeinflussen Wachstum und Widerstandskraft spürbar.

Eine neue Messmethode macht diesen Zusammenhang nun sichtbar. Sie erfasst direkt am Blatt, wie sich einzelne Stomata öffnen oder schließen – und misst gleichzeitig, wie viel Gas tatsächlich ausgetauscht wird. So wird verständlich, warum Pflanzen bei Hitze oder starkem Licht an Leistung verlieren, selbst wenn ausreichend Wasser im Boden vorhanden ist.

Stomata halten Pflanzen im Gleichgewicht

Stomata funktionieren wie regelbare Ventile. Öffnen sie sich weit, gelangt mehr Kohlendioxid ins Blatt, das Wachstum nimmt zu. Gleichzeitig steigt der Wasserverlust. Schließen sich die Poren, spart die Pflanze Wasser, bremst aber ihre Photosynthese. Pflanzen balancieren diesen Zielkonflikt ständig neu aus. Licht, Temperatur, Luftfeuchte und der CO₂-Gehalt der Luft beeinflussen jede einzelne Pore.

Über Jahrzehnte blieb dieser Prozess schwer greifbar. Entweder ließen sich Stomata unter dem Mikroskop betrachten – dann aber ohne realistische Umweltbedingungen. Oder der Gasaustausch wurde gemessen, ohne zu sehen, was einzelne Poren tatsächlich tun. Beides gleichzeitig galt lange als technisches Problem der Pflanzenforschung.

Eine Technik schließt eine alte Messlücke

Genau hier setzt die neue Methode an. Sie kombiniert drei Ansätze, die bisher getrennt eingesetzt wurden:

• Hochauflösende Mikroskopie: Ein Konfokalmikroskop zeigt lebende Blattzellen und einzelne Stomata in feinen Details.
• Direkte Gasmessung: Sensoren erfassen parallel, wie viel Kohlendioxid ein Blatt aufnimmt und wie viel Wasserdampf es abgibt.
• Kontrollierte Umweltbedingungen: Licht, Temperatur, Luftfeuchte und der CO₂-Gehalt lassen sich gezielt einstellen.

So entsteht erstmals ein vollständiges Bild: Die Bewegung einzelner Stomata lässt sich direkt mit dem tatsächlichen Gasfluss verbinden. Jede Öffnung, jedes Schließen wirkt sich sofort messbar aus. Die Beobachtung erfolgt in Echtzeit und unter Bedingungen, die denen auf dem Feld nahekommen.

Was Versuche mit Mais zeigen

Getestet wurde die Methode an Maispflanzen. Die Blätter durchliefen verschiedene Situationen: Dunkelheit, starkes Licht, niedrige und hohe CO₂-Werte. Die Reaktionen fielen deutlich aus. In der Dunkelheit blieben fast alle Stomata geschlossen. Unter Licht öffneten sie sich rasch. Sinkt der CO₂-Gehalt, werden viele Poren deutlich größer. Steigt er stark an, schließen sich wieder viele – aber nicht alle.

Auffällig ist die Vielfalt der Reaktionen. Selbst unter identischen Bedingungen verhalten sich Stomata nicht gleich. Einige bleiben geschlossen, andere öffnen sich weit. Diese Streuung ist kein Messfehler. Sie scheint Teil der Strategie zu sein, mit wechselnden Umweltbedingungen umzugehen.

Mikrometer machen den Unterschied beim Gasfluss

Die Messungen widerlegen eine verbreitete Annahme. Nicht die Zahl der Stomata bestimmt den Wasserverbrauch eines Blattes. Entscheidend ist, wie weit einzelne Poren geöffnet sind und wie unterschiedlich sie reagieren. Schon wenige Mikrometer Unterschied in der Öffnungsweite verändern den Gasfluss deutlich.

Ein Abgleich von Bilddaten und Gasmessungen bestätigt das. Berechnungen aus Porengröße und Dichte stimmen eng mit den gemessenen Werten überein. Das Verhalten ganzer Blätter lässt sich so aus dem Zusammenspiel vieler einzelner Stomata erklären.

Poren entscheiden über Stress oder Stabilität

Wasser bleibt der begrenzende Faktor der Landwirtschaft. Hitzeperioden nehmen zu, Niederschläge werden unzuverlässiger. Pflanzen geraten schneller unter Stress. Die neue Technik erklärt, warum manche Sorten damit besser umgehen als andere.

Breitere Poren fördern das Wachstum, erhöhen aber den Wasserverlust. Schmalere Poren sparen Wasser, drosseln jedoch die Photosynthese. Pflanzen müssen diesen Kompromiss ständig neu austarieren. Die Messungen zeigen, wie fein diese Steuerung abläuft – und wie schnell sie kippen kann.

Neue Hinweise für trockenheitsfeste Sorten

Für die Pflanzenzüchtung ist das ein wichtiger Schritt. Lange galt die Faustregel, dass weniger Stomata automatisch weniger Wasserverlust bedeuten. Die Daten zeigen ein differenzierteres Bild. Pflanzen mit geringerer Porenzahl können das ausgleichen, indem sie einzelne Stomata weiter öffnen. Andere Sorten setzen auf viele kleinere Öffnungen.

Die neue Methode hilft, solche Strategien sichtbar zu machen. Sie erlaubt es, gezielt nach Eigenschaften zu suchen, die Wasser effizient nutzen und dennoch Wachstum ermöglichen. Das ist besonders relevant für Regionen, in denen Trockenstress zur Normalität wird.

Kurz zusammengefasst:

• Stomata steuern den Wasserhaushalt von Pflanzen aktiv: Winzige Poren in den Blättern öffnen und schließen sich innerhalb von Sekunden und entscheiden so über Kohlendioxid-Aufnahme, Wasserverlust und Wachstum.
• Eine neue Messmethode macht diesen Prozess erstmals live sichtbar: Hochauflösende Mikroskopie und präzise Gasmessung zeigen gleichzeitig, wie weit einzelne Stomata geöffnet sind und wie viel Gas tatsächlich ausgetauscht wird.
• Für Ertrag und Züchtung ist entscheidend, wie Stomata reagieren – nicht wie viele es gibt: Kleine Unterschiede in der Öffnungsweite einzelner Poren haben große Auswirkungen auf Wasserverbrauch, Stressresistenz und Ernteerfolg.

Übrigens: Nicht nur Blätter entscheiden über das Überleben bei Trockenheit – auch Böden speichern Erfahrungen aus früheren Dürrephasen und geben sie über Mikroben an Pflanzen weiter. Wie dieses „Gedächtnis“ Ernten widerstandsfähiger macht, mehr dazu in unserem Artikel.

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