Wenn Sie raten müssten, welcher Organismus Spermien mit 40.000 Schwänzen besitzt, was würden Sie raten? Ein Elefant? Walfisch? Chuck Norris? Hättest du erraten, dass es zu einer Pflanze gehört?
Dies ist das Sperma von Zamia roezlii. Es hat einen flatterkleidähnlichen Saum aus Zehntausenden von Geißeln, mit denen es seinen Weg zu den Eiern beschleunigt.* Dass eine Pflanze Spermien mit solchen Pferdestärken besitzt, ist umso erstaunlicher, als die meisten Pflanzen Spermien ohne Schwanz haben. Ein Pollenkorn ist eigentlich eine winzige haploide Pflanze, ein so genannter männlicher Gametophyt. In den meisten Blüten- und Nadelgewächsen produziert ein Pollenkorn zwei schwanzlose Spermien, die durch einen wühlenden Pollenschlauch zum weiblichen Gametophyten wandern, der im Inneren eines Zapfens oder einer Blüte vergraben ist – ganz ohne Schwanz.
Ursprüngliche Pflanzen neigen dazu, schwimmende Spermien zu haben, weil sich Landpflanzen aus aquatischen Grünalgen entwickelt haben, bei denen das Schwimmen – und die Befruchtung – einfach war. Einige Vorläuferpflanzen wie Moose haben immer noch Spermien mit Schwänzen und verlassen sich auf einen wässrigen Film auf der Pflanzenoberfläche, damit die Spermien von A nach B gelangen. Aber sie sind so schlechte Schwimmer, dass einige Moose auf einen Plan B zurückgreifen: Sie machen spezielle Blätter, die zu kleinen Spritzbechern gefaltet sind, und wenn ein Regentropfen in ihnen landet, schießt ihre Architektur die Spermien in den Himmel, um sie per Fed-Ex in die Nähe eines empfänglichen Weibchens zu bringen. Turbogeladene schwimmende Pflanzenspermien sind also definitiv eine Kuriosität.
Zu welcher Pflanze gehört dieses beeindruckend ausgestattete Sperma? Zu einer Zykade.
OK, was ist eine Zykade? Das ist eine Zykade.
Keine Dinosauriereier – aber etwas, das die Dinosaurier gesehen haben könnten. Creative Commons kiryna. Klicken Sie auf das Bild für die Lizenz und den Link.
So sehen sie normalerweise im Profil aus. Dies sind reife, junge und junge Cycadeen der gleichen Art.
Creative Commons Esculapio; Klicken Sie auf das Bild für Lizenz und Link.
Cycadeen sind alt. Sehr alt. Im Mesozoikum, dem Zeitalter der Dinosaurier, waren sie die vorherrschenden Pflanzen, wie man auf unzähligen antiken Wandmalereien sehen kann. Zumindest war das viele, viele Jahre lang das Dogma. Kürzlich wurde jedoch eine Studie veröffentlicht, die diese Vorstellung untergräbt – wenn man sie auf eine bestimmte Weise betrachtet. Aber bevor wir dazu kommen, wollen wir uns ansehen, was Cycadeen sind und was ihre überraschende Biologie ist.
Manchmal werden sie auch Sagopalmen genannt, aber Cycadeen sind keineswegs Palmen. Palmen sind blühende Pflanzen. Cycadeen sind wie Kiefern und Wacholdersträucher Gymnospermen – „nackte Samenpflanzen“. Mit anderen Worten: Sie bilden zwar Samen, aber keine Blüten oder Früchte, um diese Samen in die Welt zu bringen oder sie auf den Weg zu schicken. Samen waren eine große evolutionäre Innovation für Pflanzen, denn sie ermöglichten es ihnen, einen kleinen Pflanzenembryo, der sich bereits zu entwickeln begonnen hat – vielleicht sogar eine kleine Wurzel und ein paar kleine Blätter – mit ein wenig gespeicherter Nahrung in einer austrocknungsresistenten Schale zu verpacken.
Ein Samen ist eine Möglichkeit, einer jungen Pflanze eine Starthilfe ins Leben und ein wenig Nahrung für den Weg zu geben, nicht unähnlich der relativ zeitgleichen Innovation der Amnioteneier bei Landwirbeltieren. Mikroskopische Sporen – die frühere Verbreitungsmethode, die auch heute noch von Moosen, Bärlappgewächsen und Farnen verwendet wird – sind viel anfälliger für Austrocknung oder landen an einem Ort, der für die Keimung viel zu unwirtlich ist. Samen erhöhen die Erfolgschancen.
Eine Cycade-Pflanze ist eine Säule oder ein Stamm aus alten Blattbasen, die von einem Bündel neuer Blätter überragt werden. Cycad-Blätter lassen sich wunderbar anfassen, wenn man die Gelegenheit dazu hat. Sie sind rau, ledrig, zäh und oft blaugrün und haben etwas herrlich Ursprüngliches an sich (obwohl die viel älteren Moose zarte, dünne Blätter haben**).
Zykaden haben auch eine interessante Symbiose mit Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, genau wie einige Flechten. Sie bilden spezielle „koralloide Wurzeln“, die auf eine sehr wurzelähnliche Weise nach oben wachsen. Im Gegenzug für die Fütterung, Unterbringung und das Hochziehen ihrer Cyanobakterien-Symbionten in diesen Strukturen versorgen die Cyanobakterien die Cycade mit dem am meisten limitierenden Bio-Nährstoff: gebundenem Stickstoff.
Die Pollen der Cycade haben nicht nur supergeladene Spermien, sondern auch eine weitere interessante Eigenschaft, die sie mit ihrem nahen Verwandten, dem Gingko, teilen. Wenn ihre Pollen auf einem weiblichen Zapfen ankommen (in der Regel durch einen Rüsselkäfer, einen Käfer oder den Wind), beginnen sie, sich zu einer Eizelle zu entwickeln. Dort senden sie einen langen Schlauch in einen Teil der Samenanlage, den so genannten Nucellus, und senden eine haustorielle Struktur aus, die die Nährstoffe aus dem weiblichen Wirt aufsaugt. Haustorien werden auch von parasitären Pilzen benutzt, die in ihre Wirtspflanzen eindringen.
Bei Cycaden zerstört der haustorielle Pollenschlauch am Ende den größten Teil des Gewebes, in das er eindringt, obwohl dieses Gewebe a) nicht Teil des zukünftigen Samens ist und b) technisch gesehen entbehrlich ist, da ein einmal befruchteter Zapfen nicht mehr verwendet wird. Aber stellen Sie sich vor, dass sich die menschlichen Spermien jedes Mal, wenn sie in der Gebärmutter landen, in die Gebärmutterwand einnisten, Nährstoffe aufnehmen und eine Zeit lang zu eigenen kleinen Organismen heranwachsen und erst dann die Keimzellen freisetzen, die dann die Eizelle befruchten werden. Das sollte Ihnen eine allgemeine, etwas beunruhigende Vorstellung vermitteln.
Wie die meisten Gymnospermen bilden Cycadeen sowohl männliche als auch weibliche Zapfen, aber im Gegensatz zu vielen Nadelbäumen tragen sie nur männliche oder weibliche Zapfen an einer bestimmten Pflanze. Das heißt, es gibt weibliche und männliche Cycadeen. Die weiblichen Zapfen bilden Samen und die männlichen Zapfen Pollen. Auf dem Foto oben sind weibliche Zapfen mit Samen im Inneren zu sehen. Wenn man sie aufbricht, findet man oft leuchtend bunte Samen, wie diesen oder diesen:
Entblättern eines Cycadenzapfens. Einer der bunten Samen ist in der Hand der Person zu sehen. Creative Commons Sharktopus; für Lizenz und Link anklicken.
Da Cycadeen geschlechtsspezifisch sind, bedeutet das auch, dass man am Ende ganz allein dastehen kann. Wie Robert Krulwich kürzlich in seinem Blog berichtete, war dies das traurige Schicksal einer Cycadea, die vor 100 Jahren in Afrika gefunden und an den Royal Botanic Gardens in Kew geschickt wurde. Es ist ein Junge. Und wenn nicht jemand ein Weibchen findet, das ihm Gesellschaft leistet, wird es das letzte seiner Art sein.
Zykaden haben in letzter Zeit etwas Aufmerksamkeit erhalten. Viele Zykaden enthalten Karzinogene oder Neurotoxine oder beides. In Oliver Sacks‘ Island of the Colorblind (Insel der Farbenblinden) erzählt er von seiner Vorliebe für Zykaden (die ich teile) und seiner frustrierenden Untersuchung einer mysteriösen, verheerenden neurologischen Krankheit bei den Bewohnern von Guam, die möglicherweise mit ihrer Gewohnheit zusammenhängt, die Samen zu zerkleinern, um Zykadenmehl herzustellen. In letzter Zeit ist der Verdacht auf den Verzehr von Fledermäusen gefallen, die möglicherweise konzentrierte Cycad-Neurotoxine in ihrem Körper haben.
Das bringt uns zurück zur Frage nach ihrem Alter. Fossilien von Cycaden stammen mindestens aus dem Perm und möglicherweise aus dem Karbon vor 320 Millionen Jahren, dem Zeitalter riesiger kohlebildender Sümpfe und beunruhigend großer Libellen. Aber sie blühten im Mesozoikum – dem „Zeitalter der Dinosaurier“ – und wurden wahrscheinlich von Dinosauriern gefressen und sicher auch zertreten. Möglicherweise waren sie auch die ersten Pflanzen, die von Insekten bestäubt wurden, als Käfer die Gewohnheit annahmen, Cycadenpollen zu fressen – und im Allgemeinen darin zu leben, sich darin zu suhlen und sie zu verbreiten – eine Tradition, die sie bis heute fortsetzen. Eine kürzlich in Science veröffentlichte Studie, über die hier, hier und hier berichtet wird, kommt jedoch zu dem Schluss, dass sich die 300 modernen Cycad-Arten laut ihrer DNA vor gerade einmal 5-12 Millionen Jahren entwickelt haben.
OK, die heute lebenden Arten waren also nicht die, die im Mesozoikum lebten. Ich akzeptiere das. Das ist an sich schon eine interessante Neuigkeit – ihre Vielfalt ging nach dem großen Einschlag zurück und scheint sich während einer Art weltweiter Klimaveränderung wieder erholt und neu spezifiziert zu haben. Aber die Autoren legen großen Wert darauf, dass wir Cycadeen nicht als „lebende Fossilien“ bezeichnen können, weil sie nicht dieselben Arten sind, die wir in Fossilien finden.
Warte mal. Sie sehen immer noch wie alte Cycadeen aus. Sie produzieren immer noch Samen wie alte Cycadeen. Ihre geschwänzten Spermien verraten immer noch ihre uralte Herkunft und den Urzustand aller Landpflanzen, vermutlich genau wie die alten Cycadeen. Die Studie sagt: Sie sind immer noch Zykaden. Und Cycadeen sind immer noch alt. Wenn man also Cycadeen in botanischen Gärten besucht oder sie in jemandes Garten sieht, ist es meiner Meinung nach immer noch in Ordnung, sie als uralt zu betrachten und sich diese außergewöhnlichen Kreaturen unter den Dinosauriern vorzustellen.
**OPTIONALE BIONERD TECHNISCHE DIGRESSION UND SOAPBOX-ALERT**
In der Biologie lernt man schnell, dass – wie in unserem Leben – fast alles eine Grauzone ist. Das Leben ist ein Kontinuum von Form und Funktion. Wir versuchen, es begrifflich zu ordnen, damit wir es leichter verstehen und diskutieren können, aber kaum haben wir das getan, finden wir einige (oder viele!) Lebewesen, die uns einen Strich durch die Rechnung machen.
Nehmen wir zum Beispiel den Begriff „Arten“. Wenn Sie wirklich ein Streichholz in einem Raum voller ideologischem Brennstoff anzünden wollen, bitten Sie eine Gruppe von Biologen, diesen Begriff zu definieren. Oder noch besser: Studieren Sie das Leben lange genug, und Sie werden feststellen, dass „Spezies“ bei verschiedenen Gruppen von Lebewesen völlig unterschiedliche Bedeutungen hat, vor allem bei Bakterien und Archaeen, wo Sex zwischen den Arten üblich ist und artenbestimmende Mechanismen wie reproduktive oder geografische Isolation, die bei Tieren recht gut funktionieren, oft bedeutungslos sind.
Ich sage nicht, dass wir den Begriff „Art“ über Bord werfen oder gar die binomische Nomenklatur abschaffen sollten, das von Carolus Linnaeus entwickelte System der Doppelnamen zur Benennung von Arten (z. B. Homo sapiens). Ich denke, dass es für die Menschen immer noch von großem Wert ist, lebende Dinge in Form von Arten zu betrachten – von denen viele leicht zu erkennen und sehr „real“ sind – und ihnen Namen zu geben und nicht (verzeihen Sie den Ausdruck) entmenschlichende Strichcode-Nummern, wie einige vorgeschlagen haben.
Aber vielleicht sollten wir mit dem Begriff „lebendes Fossil“ in Bezug auf Arten nicht so pingelig sein. Vielleicht haben sich die Cycadeen seit ihrer Zeit bei den Dinosauriern ein wenig verändert. Vielleicht sind sie nicht dieselbe „Art“. Wenn sie mehr oder weniger gleich aussehen und mehr oder weniger die gleichen Dinge auf die gleiche Art und Weise tun, ist das gut genug für mich. Es sind immer noch erkennbare alte Formen, und sie sind immer noch lebendig.
Ich für meinen Teil liebe „lebende Fossilien“, weil es dazu beiträgt, Dinge für Nicht-Wissenschaftler anschaulich zu machen. Es hilft den Menschen, ihre Vorstellungskraft zu aktivieren. Denn wenn man ihre Geschichte nicht kennt, sind Cycadeen vielleicht nur ein langweiliges Palmendingsbums und ein Cycadeenfossil nur „ein Blatt“. Wenn man liest, dass Zykaden lebende Fossilien sind und dass etwas fast Identisches zwischen Dinosauriern und riesigen Urzeitlibellen lebte, und dass sie heute vielleicht die bestausgestatteten Spermien auf dem Planeten besitzen, und dass man ihre lebenden, atmenden Nachkommen heute noch anfassen kann, werden einem vielleicht die Augen geöffnet, dass sie so viel mehr sind.
*Ich spüre einen gewissen latenten Geißelneid bei einigen Teilen meiner Leserschaft. Erinnert mich irgendwie an diese Typen, die drei oder vier Außenbordmotoren hinten an ihr Motorboot geklemmt haben, wenn Sie wissen, was ich meine.
** Technisch gesehen „Phylliden“. Nur Gefäßpflanzen (die über wasser- und zuckerleitende Gewebe wie Xylem und Phloem verfügen) haben echte Blätter, so die Botaniker.