Warum werden Blätter Rot?

06.11.2004, 00:00 Uhr 06.11.2004, 00:00 Uhr Juliette Irmer

Bisher dachten Forscher, es entstehe beim herbstlichen Blattsterben. Jetzt gibt es neue Erkenntnisse über das Farbenspiel: Es warnt Insekten und schützt die Bäume vor Kältestreß.

Leuchtet das Herbstlaub in diesem Jahr besonders lang und prächtig in Rot und Gelb? Nein, sagt ein Hamburger Gärtner, das wirkt nur so. Die Sonne läßt die Farben intensiv strahlen, außerdem fegte noch kein Sturm die Blätter von den Bäumen. Was steckt hinter diesem phänomenalen Farbspiel, was ist der Sinn? Wissenschaftler haben sich auf die Suche gemacht.

Lange Zeit dachte man, die Blattfärbung hätte keinerlei biologische Funktion: Das Farbenspiel wurde als reine Nebenerscheinung des herbstlichen Blattsterbens betrachtet. Bis vor ein paar Jahren einer der bedeutendsten Evolutionsbiologen des letzten Jahrhunderts, William Hamilton, eine völlig neue Theorie zur Herbstfärbung präsentierte. Auf einmal interessierten sich viele Forscher für das bis dahin wissenschaftlich vernachlässigte Thema. Die jüngste Theorie zum bunten Herbstlaub stellten ein deutscher und ein englischer Biologe auf.

Das Grün erhalten Blätter vom Chlorophyll, dem wichtigsten Farbstoff für Pflanzen, weil er das Sonnenlicht für die Photosynthese einfängt - den biochemischen Prozeß, durch den Pflanzen Energie gewinnen. Die grüne Phase endet mit dem Sommer, geht über in den "goldenen" Oktober.

Wie die gelben und roten Farben der Blätter entstehen, ist schon länger bekannt: Im Innenleben eines Blattes finden im Herbst zahlreiche Umbaumaßnahmen statt. Blätter enthalten nämlich viele für den Baum wichtige Nährstoffe, die dieser dringend für sein Wachstum im nächsten Frühjahr braucht. Bevor ein Blatt also stirbt und abfällt, zieht der Baum diese Nährstoffe, vor allem die "Grundnahrungsmittel" Stickstoff und Phosphat, in seinen Stamm zurück. Bäume sind also perfekte Wiederverwerter.

In dieser "Umbauphase" wird auch das Chlorophyll abgebaut, wodurch die (immer vorhandene) gelbe Farbe der Carotinoide zum Vorschein kommt. Für die rote Farbe der Blätter sind die Anthocyane verantwortlich, Farbstoffe, die auch Brombeeren und Rotwein ihre Farbe verleihen. "Anthocyane werden erst im Herbst neu gebildet. Deswegen wurde lange Zeit angenommen, daß sie nur Nebenprodukte des Blattsterbens sind und keine biologische Funktion haben", erklärt der Biologe Martin Schaefer vom Zoologischen Institut der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg.

Es ist Hamilton zu verdanken, daß seit ein paar Jahren nach dem Sinn und Warum der Anthocyanbildung gesucht wird. Der berühmte Forscher konnte seine Hypothese übrigens nicht selbst veröffentlichen, da er im Jahr 2000 starb. Einer seiner Schüler aber, Sam Brown, spann die Theorie weiter und veröffentlichte sie im Namen Hamiltons nach dessen Tod: Demnach sei die Färbung der Blätter ein Warnsignal für Insekten. Beispielsweise gibt es Blattläuse, die im Herbst bestimmte Bäume befallen und dort ihre Eier ablegen. Die im Frühjahr schlüpfenden Larven entwickeln einen unstillbaren Appetit auf junge, frische Blättchen - ein solcher Blattlausbefall kann einem Baum also beträchtlichen Schaden zufügen. Pflanzen sind aber nicht völlig wehrlos gegen die unwillkommenen Freßfeinde. Sie können giftige Abwehrstoffe in ihre Blätter einlagern, die den gefräßigen Insektenlarven schaden.

Nach Hamiltons Hypothese färben sich die Blätter eines Baumes um so intensiver, je gesünder und wehrhafter dieser ist. Für Insekten die unmißverständliche Botschaft, sich einen anderen, "schwächeren" Baum zu suchen. Die Sechsbeiner ziehen also ebenfalls einen Vorteil aus der Blattfärbung: Sie können gut und schlecht verteidigte Bäume anhand der Farbintensität unterscheiden und damit die Überlebenschance für ihren Nachwuchs verbessern.

Die gelbe und rote Farbe der Herbstblätter könnte aber auch eine ganz andere Ursache haben. Dies ist auf jeden Fall die Ansicht des Biologen Martin Schaefer und seines Kollegen David Wilkinson von der John Moores Universität in Liverpool. "Die Signal-Hypothese von Hamilton und Brown berücksichtigt die physiologische Wirkung der Anthocyane in keiner Weise", erklärt Schaefer. Denn Anthocyane sind alles andere als nur Nebenprodukte und haben sehr wohl einen biologischen Sinn: Die roten Farbstoffe dienen als eine Art UV-Filter, ähnlich denen in Sonnenschutzcremes.

Bei zu viel Licht oder zu niedrigen Temperaturen empfinden Pflanzen Streß. In solchen Fällen fahren sie ihre Photosynthese-Rate herunter und stellen dadurch weniger Energie her. "Die Blätter eines Baumes sind gerade in den herbstlichen Morgenstunden Licht- und Kältestreß ausgesetzt, einer Kombination, die die Photosynthese hemmt", erklärt Schaefer. Das Sonnenlicht kann nicht wie üblich in chemische Energie umgewandelt werden. Statt dessen bilden sich durch die Wirkung des "überschüssigen" Lichtes freie Radikale, äußerst aggressive Moleküle, die das Blattgewebe zerstören. "Anthocyane wirken wie ein Schutzschild. Zum einen vor zu viel Licht und zum anderen vor freien Radikalen", sagt der Forscher. Die Wirkung der Carotinoide ist ähnlich, nur eben nicht auf den Herbst beschränkt.

Die bunten Farben des Herbstes schützen demnach die Blätter vor zu viel Sonne. Das Blattgewebe bleibt länger erhalten. Die Bäume können länger Energie gewinnen und noch mehr Nährstoffe recyceln. Die beiden Forscher sind überzeugt: Bunte Blätter lohnen sich vor allem in energetischer Hinsicht.

Brown, Schaefer und Wilkinson haben eine Reihe von Experimenten angekündigt um der Sache weiter auf den Grund zu gehen. "Es ist gut möglich", gibt Schaefer zu bedenken, "daß beide Theorien zutreffen, denn Multifunktionalität, also die Tatsache, daß eine Struktur mehrere Funktionen hat, ist in der Biologie häufig zu beobachten."

Der eine oder andere Spaziergänger wird es ohnehin schon geahnt haben: Ein so beeindruckend schönes Farbenspiel kann unmöglich sinnlos sein.