Evolution der Fallen

Klebefalle, Kanne, Klappfalle oder Saugblase: Ähnliche Probleme führten bei Karnivoren mehrfach zu völlig unterschiedlichen Lösungen.

Eine Kanne, eine Klebefalle und eine zuschnappende Venusfliegenfalle sehen nicht gerade nach demselben Bauplan aus. Trotzdem haben sie etwas gemeinsam: Mit ihnen kommen Pflanzen an Nährstoffe aus Beute. Karnivorie ist dabei mehrfach unabhängig entstanden. Es gab keine einzelne „Ur-Karnivore“, von der alle heutigen Fleischfresser abstammen.

Besonders spannend wird es, wenn ähnliche Fallen bei weit entfernten Verwandten auftauchen. Nepenthes und Sarracenia bilden beide Grubenfallen, haben diese aber unabhängig voneinander entwickelt. Umgekehrt können nahe verwandte Pflanzen ausgesprochen unterschiedlich jagen.

Warum sich der Aufwand überhaupt lohnt

Fallen aufzubauen und zu betreiben kostet die Pflanze Ressourcen. An mineralstoffarmen Standorten kann sich das auszahlen: Beute liefert zusätzliche Nährstoffe, während die Pflanze ihre Energie weiterhin durch Photosynthese gewinnt. Ein gefangenes Insekt ersetzt also keinen sonnigen Standort.

Welche Bedingungen diesen Lebensstil begünstigen, zeigt der Artikel über die natürlichen Lebensräume fleischfressender Pflanzen. Hier geht es darum, wie aus vorhandenen Pflanzenstrukturen Fangorgane werden konnten.

Vorhandene Bauteile bekamen neue Aufgaben

Blätter, Drüsen und die Fähigkeit, auf Reize zu reagieren, gab es schon vor den spezialisierten Fallen. Im Verlauf der Evolution konnten Varianten solcher Merkmale einen Vorteil bringen, wenn dadurch zusätzliche Nährstoffe verfügbar wurden. Über viele Generationen entstanden daraus stärker spezialisierte Strukturen.

Auch bei der Verdauung wurde Vorhandenes umgenutzt. Verschiedene Verdauungsenzyme sind mit Proteinen verwandt, die andere Pflanzen zur Abwehr einsetzen. Chitinasen können beispielsweise Chitin abbauen. Das kommt in Pilzwänden vor, aber auch im Außenskelett von Insekten.

Bei untersuchten Karnivoren sind zudem Signalwege am Beutefang beteiligt, die bei anderen Pflanzen auf Verletzungen oder Fraß reagieren. Dieselben molekularen Grundlagen können durch veränderte Steuerung also andere Aufgaben übernehmen. Wie der chemische Teil abläuft, steht unter Beute verdauen.

Klebefallen: festhalten ist erst der Anfang

Klebrige Drüsenhaare kommen auch bei Pflanzen vor, die keine Karnivoren sind. Ein totes Insekt am Blatt ist deshalb noch kein ausreichender Nachweis. Die Pflanze muss Nährstoffe daraus aufnehmen können und einen Nutzen davon haben.

Bei Drosera halten klebrige Tentakel die Beute fest; Bewegungen können den Kontakt mit der Fangfläche verbessern. Byblis fängt dagegen ohne das typische Einrollen eines Sonnentaublattes. Und Drosophyllum verbindet klebrige Blätter mit einer Lebensweise unter mediterranen Bedingungen.

Schon diese Beispiele zeigen: „Klebefalle“ beschreibt zunächst eine Funktion. Daraus folgt noch keine enge Verwandtschaft zwischen allen Pflanzen, die sie nutzen.

Wie aus klebrigen Fangblättern Klappfallen wurden

Sonnentau, Venusfliegenfalle und Wasserfalle gehören dagegen tatsächlich zur selben Familie, den Droseraceae. Vergleiche ihrer Verwandtschaft und ihres Baus stützen die Annahme, dass die Klappfallen aus Vorfahren mit klebrigen Fangblättern hervorgingen.

Beweglichkeit und Reizempfindlichkeit waren demnach bereits vorhanden, bevor sich die spezialisierte Klappfalle entwickelte. Die genaue Abfolge der Veränderungen lässt sich allerdings nicht wie ein Film abspielen. Sie wird aus heutigen Pflanzen, ihren Genen und dem lückenhaften Fossilbericht rekonstruiert.

Eine heutige Drosera ist deshalb kein Zwischenstadium auf dem Weg zur Venusfliegenfalle. Beide gehören zu eigenen, weiterhin evolvierenden Linien. Dein Sonnentau wird also nicht irgendwann zuschnappen, wenn du nur lange genug wartest.

Dionaea und Aldrovanda besitzen verwandte Klappfallen, doch die Bewegung funktioniert mechanisch unterschiedlich. Die winzige Unterwasserfalle ist mehr als eine ins Aquarium verlegte Venusfliegenfalle.

Die Kanne wurde mehrfach erfunden

Nepenthes, die Familie der Schlauchpflanzen und der australische Cephalotus stehen im Stammbaum weit auseinander. Ihre Grubenfallen entstanden unabhängig voneinander. Für solche funktionellen Ähnlichkeiten verwendet man den Begriff konvergente Evolution.

Die Anforderungen ähneln sich: Ein Tier muss in den Hohlraum gelangen und dort bleiben. Rutschige Oberflächen, ungünstige Kletterbedingungen und Flüssigkeit können dazu beitragen. Welche Bauteile den größten Anteil am Fang haben, unterscheidet sich zwischen den Arten.

Innerhalb einer Verwandtschaftsgruppe können sich die Fallen wiederum stark auseinanderentwickeln. Bei Nepenthes gibt es beispielsweise Unterschiede in Form, Fangflüssigkeit und Nährstoffquelle. Einige Arten nutzen auch Ausscheidungen von Wirbeltieren. Eine Kanne kann also erhalten bleiben, während sich ihre Funktion verändert.

Genlisea versperrt den Rückweg

Die unterirdischen, gegabelten Reusenfallen von Genlisea sind stark umgebildete Blattorgane. Kleine Organismen bewegen sich in den wassergefüllten Hohlräumen; nach innen gerichtete Haare erschweren den Rückweg und begünstigen den Weg zum Verdauungsbereich.

Die Falle schnappt dabei nicht zu. Trotzdem ist der Fang kein bloßes Warten darauf, dass etwas in eine offene Kanne fällt. Der Bau der Gänge beeinflusst, wohin sich die Beute bewegen kann.

Utricularia fängt mit Unterdruck

Die verwandten Wasserschläuche besitzen Fangblasen. Bei den gut untersuchten Saugfallen wird Wasser aus der Blase transportiert. So entsteht ein Druckunterschied zur Umgebung. Öffnet sich die Fallentür, strömt Wasser samt kleinen Organismen hinein.

Diese Bewegung läuft extrem schnell ab. Schnelligkeit allein macht eine Falle aber nicht evolutionär „besser“. Eine Klebefalle kann unter ihren jeweiligen Lebensbedingungen ebenso erfolgreich sein. Die Evolution verteilt keine Bonuspunkte für Showeffekte.

Was wir wissen – und was sich nur rekonstruieren lässt

Verwandtschaftsanalysen, Untersuchungen der Fallen und Genvergleiche liefern ein immer genaueres Bild. Sie zeigen wiederholt unabhängige Ursprünge der Karnivorie und die Umnutzung vorhandener Strukturen. Welche kleinen Veränderungen in welcher Reihenfolge zur ersten funktionierenden Falle führten, bleibt dagegen in vielen Fällen offen.

Den historischen Weg von frühen Beobachtungen über Darwin bis zur Genomforschung beschreibt Evolution & Geschichte. Für einen direkten Vergleich der heutigen Mechanismen geht es zu den Fallenarten; die Übersicht aller Hintergrundartikel findest du unter Hintergrund & Wissen.

Evolution der Fallen: Wie entstanden die verschiedenen Fallenformen?