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Wie funktioniert die Symbiose zwischen Baum und Pilz

In den meisten Fachartikel ist die Beziehungen zwischen Bäumen und Pilzen sehr schwierig beschrieben. Dennoch ist es wichtig, einige Fachbegriffe zu verstehen. Dann ist es auch ganz leicht, die Zusammenhänge zu erkennen.

Gibt es eine Verbindung zwischen zwei oder mehreren Arten, aus der jeder seinen Vorteil zieht, ist das eine Symbiose.

Ist das Zusammenleben nur für eine Art positiv und die andere Art nimmt Schaden, ist dies Parasitismus.

Bei einer Allianz haben beiden Arten, aufgrund einer gelegentlichen Gemeinschaft, Vorteile. Sie sind darauf nicht angewiesen und können auch so überleben.

Von einem Mutualismus ist die Rede, wenn eine regelmäßige Symbiose stattfindet. Für beide Arten ist die Beziehung nicht überlebensnotwendig.

Eine Eusymbiose bedeutet, dass einzelne Arten ohne den Partner nicht überleben könnten. Die wechselseitige Beziehung ist für das Überleben zwingend notwendig.

Die Koevolution erklärt, warum aus zwanglosen Beziehungen, eine über einen längeren Zeitraum stattfindende Beziehung stattfindet und sich eine Verbindung entwickelt, die für beide Partner lebenswichtig ist. Die Evolution hat dafür gesorgt, dass beide Organismen so aneinander angepasst sind, dass ein Existieren ohne den Partner auf keinen Fall mehr möglich ist.

Im Zeitalter des Ordovizium, etwa vor 450 Millionen Jahren, eroberten die ersten Pflanzen das Land. Zu der Zeit lebten sie bereits in treuen Gemeinschaften. Das Klima war damals eher warm bis trocken. Die Landpflanzen breiteten sich aus. Bis in diese Zeit lassen sich Pilze, die mit Pflanzen verbunden sind und den Pflanzen nicht von der Seite weichen, nachweisen. In fossilierten Wurzeln, wie beispielsweise von Asteroxylon (Bärlappengewächs) sind gesicherte Beweise einer Art Pilzbefall gefunden worden. Durch ihre besondere Art haben sie von Biologen die Bezeichnung Mykorrhiza erhalten. Sie unterscheiden sich in Endo Mykorrhiza und Ektomykorrhiza. Bei den Endo Mykorrhiza dringen die Pilzfäden, die auch Hyphen genannt werden, bis in die Rindenzellen von Pflanzen, die Ektomykorrhiza umhüllen lediglich die Wurzeln der entsprechenden Pflanze. Bei 95 Prozent sämtlicher Landpflanzen lassen sich symbiotische Partnerschaften nachweisen.

Dass es im Wald Pilze gibt, ist so ziemlich Jedem bekannt. Der Grund weshalb diese dort erscheinen und auch, welche Aufgaben sie im Wald haben, ist nur den Wenigsten bekannt. Holz- und Streuabbauende Arteb helfen dem Wald, Nadeln, Holz und Blätter abzubauen und führen die Inhaltsstoffe wieder in den Nährstoffkreislauf zurück. Für das Ökosystem in gleicher Maßen von Bedeutung sind die Arten, die in einer engen Symbiose mit Waldbäumen leben. Ungefähr ein Drittel aller im Wald wachsenden Arten sind Mykorrhiza Pilze.

Den Bäumen an sich ist es völlig gleichgültig, welche Arten eine Symbiose mit ihm eingehen. Die Pilze suchen sich ihren Wirt jedoch selbst aus. Das Wissen darum ist schon lange bekannt, denn Begriffe wie Fichtenreizker und Birkenpilz sind schon lange Bestandteil der deutschen Sprache.

Von der Mykorrhiza, sprich aus der Lebensgemeinschaft zwischen Baum_Wurzeln und Pilzwurzeln (Hyphen), profitieren die beide Arten zu gleichen Teilen. Die Lebensgemeinschaft dient nicht allein dem Nährstoffaustausch. Der Eindruck, Pilze seien lediglich zu einer bestimmten Zeit im Wald vorhanden, täuscht gewaltig. Sie übernehmen im Wald wichtige Funktionen. Das, unter dem Waldboden versteckte Geflecht (Myzels), ist das gesamte Jahr über vorhanden. Sie parasitieren an Tieren, Pflanzen und auch an anderen Pilzen. Sie können sogar das Sterben des Wirtes bewirken. Sie sind in der Nahrungskette das Endglied.

Die Pilze als gleichberechtigter Partner der Bäume

Durch die Symbiose zwischen den beiden Arten, findet im Wald die Produktion von Biomasse statt. Die Wissenschaft bezeichnet das Beziehungsgeflecht der verschiedenen Arten in der Natur als Mykorrhiza. Der Begriff setz sich aus dem Griechischen rhiza, für die Wurzel und ausmykes, für den Pilz zusammen. Frei übersetzt bedeutet es nichts anderes als Pilz-Wurzel oder verpilzte Wurzel. Gemeint ist damit die Lebensgemeinschaft im Wurzelbereich zwischen den beiden Arten und anderen Pflanzen. Bei genauer Betrachtung ist der Pilzbesatz an der Wurzel deutlich zu sehen.

Mykorrhiza sind keine unbekannten oder unsichtbaren Helfer. Viele ihrer Art gehen eine Lebensgemeinschaft mit Bäumen ein. Der Steinpilz, der Pfifferling, der Knollenblätterpilz und der Fliegenpilz sind für eine solche Gemeinschaft zwischen den Beiden gute Beispiele. Manche ihrer Art siedeln sich nur bei einer einzigen Art an. Hierzu zählt der Birkenpilz, der sich ausschließlich auf eine Partnerschaft mit einer Birke einlässt. Oft leben verschiedene Mykorrhiza im Wurzelwerk eines einzigen Baumes. Aber es gibt auch Jene, die nur mit Sämlingen oder jungen Bäumen eine Symbiose eingehen.

Mykorrhiza ist keine Seltenheit

Das gegenseitige Profitieren in einer Partnerschaft ist das typische Merkmal einer Symbiose. In der Natur kommt dies bei Tieren und auch Pflanzen durchaus häufiger vor. In den heimischen Wäldern sind vorwiegend die Mykorrhiza beheimatet. Birken, Eichen, Kiefern, Buchen und Lärchen sind vornehmlich Partner der Mykorrhiza. Laubbäume gehen nur sehr selten solche Partnerschaften ein. Das liegt daran, dass Nadelbäume meist auf nährstoffarmen Böden wachsen. Für das Waldwachstum ist die Mykorrhiza von großer Bedeutung. Viele Bäume können nur mit Hilfe der Pilze an diesen Orten wachsen.

Der Beginn dieser Partnerschaft zwischen den beiden Arten war wahrscheinlich nur eine Infektion. Erst später entwickelte es sich zu einer Symbiose. Die Wurzeln der Bäume, mit Haupt- und Seitenwurzeln, sind in erster Linie für einen starken Halt im Boden verantwortlich. Weiterhin ist es für die den Transport des Wassers, mit darin gelösten Nährstoffen, zu den grünen Pflanzenbestandteilen und somit für die Fotosynthese zuständig. Dennoch ist es den Bäumen unmöglich sämtliche, im Boden vorhandene Nährstoffe, optimal zu nutzen. Die Mykorrhiza-Pilze helfen hier. Mit ihren Hyphen unterstützen sie die Feinwurzeln. Mit den zarten Pilzfäden nutzen sie die im Boden vorhanden Wasservorräte intensiver und können aus dem Substrat zusätzliche Nährstoffe aufnehmen.

Intensive Umarmung im Verborgenen

Im Laufe der Zeit haben sich unterschiedlichste Mykorrhiza Formen entwickelt und so den Stofftransport zwischen Baumwurzel und Pilzen perfektioniert. Diese ist bei heimischen Bäumen im Waldes oft anzutreffen. Das die Feinwurzeln ummantelnde Pilzgeflecht nimmt auf die Neubildung von Wurzelhaaren und dem Wurzelwachstum direkt Einfluss. In die Zellenzwischenräume der Wurzelrinde dringen zarteste Pilzhyphen ein. Dort bilden sie das, nach Robert Hartig (deutscher Forstwissenschaftler) benannte, Hartig`sch Netz. Erfolgt ein Querschnitt durch Mykorrhizen, erscheint unter dem Mikroskop ein netzartiges das Pilzgewebe. Das Geflecht ist, mit den benachbarten Wurzelzellen, für den Nährstoffaustausch zwischen Bäumen und Pilzenverantwortlich. Insbesondere Phosphor und Stickstoff sind hier von besonderer Bedeutung, da diese Stoffe für das Wachstum des Baumes notwendig sind. Sie geben Stickstoff und Phosphor, die er mit seinen zarten Pilzfäden aus winzigsten Bodensporen aufgenommen hat, an den Baum ab. Im Gegenzug geben die Bäume, den während der Photosynthese produzierten Zucker, an ihren Partner ab. Aufgrund des fehlendem Blattgrüns und damit auch fehlender Fotosynthese sind die Pilze nicht zur Kohlenhydratproduktion fähig. Genau genommen spalten die Bäume den Zucker durch ihre Enzyme. Die Fructose behält er für sich, die Glykose erhält der Partner. Der Anteil, der an den Partner weitergeleiteten Nährstoffe kann bis 25 Prozent betragen. Der Kreis des Mykorrhiza-Systems ist damit geschlossen. Durch das weitverzweigte Hyphengeflecht können die Pilze auch Nahrung aus größeren Entfernungen herantransportieren. Dies ist den Bäumen allein nicht möglich. Das Hyphengeflecht ist kein reiner Umschlagplatz für Nährstoffe. Gleichzeitig speichert er auch die Nährstoffe. Entstehen Mangelsituationen, können beide von den Nährstoffen zehren.

Das Internet des Waldes

Jüngste Forschungen haben ergeben, dass es so etwas wie eine Kommunikation zwischen den Beiden stattfindet. Die Bäume teilen scheinbar dem Lebenspartner ihre Bedürfnisse mit. Der Ritterling verwandelt, über ein Gen beeinflusst, die Wandlung von Indolacetaldehyd in Indolessigsäure. Diese Säure ist ein Pflanzenhormon, welches das Zellwachstum der Bäume regelt. Der Pilz beeinflusst damit offenbar seinen ausgesuchten Partner zum eigenen Vorteil.



Die Mykorrhiza sind ebenfalls in der Lage verschiedene Bäume untereinander zu vernetzen. Über dieses Netz versorgen sie alle beteiligten Bäume mit Stickstoff, Wasser und Kohlenstoff. Die größeren Bäume unterstützen mit weitergegebenen Nährstoffen das Wachstum kleinerer, jüngerer Bäume.

Forschungen haben ebenfalls gezeigt, dass die Bäume das Netzwerk ihrer symbiotischen Partner verwenden, um Bäume in ihrer Nachbarschaft über drohende Schädlingsangriffe zu warnen. Ist er beispielsweise von einem Borkenkäfer befallen, leitet er chemische Signalstoffe in das Wurzelsystem. Sien Lebenspartner empfängt diese Signale und leitet sie in seinem unterirdischen Netzwerk an die anderen Bäume weiter. Alle Bäume, die mit diesem Netzwerk verbunden sind, werden in weniger als sechs Stunden gewarnt und sind so in der Lage eine Verteidigungsstrategie vorzubereiten.

Die Kommunikation zwischen den symbiotischen Partnern zu entschlüsseln, ist reine Grundlagenforschung. Sie hat jedoch auch einen ganz praktischen Nutzen. Werden die Mechanismen in der Wirtswahl aufgedeckt, ist es möglich Waldpilze, wie Steinpilze oder Pfifferlinge zu züchten. Dem Baum interessiert es in keiner Weise, ob oder wer sich an ihm anlagert, der Pilz jedoch sucht sich ganz explizit seinen Wirt.

Nicht nur reiner Nährstoffhandel

Die Höhe der Nährstoffabgabe vom Baum seinen symbiotischen Partner ist durchaus beträchtlich. Abhängig ist dies von der Qualität des Standortes. Die Symbiose ist nicht nur ein Austausch von Nährstoffen. Das Pflanzenwachstum wird durch die Gemeinschaft zwischen beiden Partner angeregt. Damit ist der Baum vor Erkrankungen der Wurzel durch Bakterien und andere "Mitfahrer" geschützt.

Wenn sich die Situation eines Partners verschlechtert, leidet normalerweise auch der andere Partner. Die Mykorrhizen haben die Aufgabe, den Baum vor Schadstoffen und deren giftigen Effekten zu schützen. Die auftretenden Schwermetalle werden zurückgehalten, da sonst der Baum die Schwermetalle aufnehmen würde. Dieser Prozess funktioniert ähnlich wie ein Filter. Dadurch kann es jedoch vorkommen, dass sich die Schwermetalle in hoher Konzentration in den Fruchtkörpern anlagern. So können Konzentration in die fruchtkörper gelangen, die gesundheitsgefährdend sind. Kommt es zu einem Leistungsabfall der Mykorrhizen, leidet das Baum-Wachstum. Die Vitalität eines Waldes steht im engen Zusammenhang zwischen dem Zustand der darin vorkommenden Mykorrhizen und deren Leistungsfähigkeit.

Mykorrhizierte Bäume weisen gegenüber unterschiedlichsten Stressfaktoren eine erhöhte Toleranz auf. Ein Baum, der eine Symbiose mit einem Mykorrhizen eingegangen ist, ist gegenüber Frost weitaus weniger anfällig. Grund dafür ist die pilzspezifische Bildung von Zuckerarten wie Arabitol und Mannitol. Des Weiteren sind auch die Abwehrkräfte gegen krankheitserregende Bodenorganismen deutlich höher. Die Mykorrhizierung ist quasi eine Überlebensstrategie der Bäume des Waldes. 

Von den Mykorrhiza-Forschungen und der Erkenntnis, dass, wenn den Mykorrhizenein optimales Umfeld geboten wird, die Bäume ebenfalls gewinnen, profitiert auch die Forstwirtschaft.