Fangen wir ganz bei null an: Was ist eine Symbiose?
In der Natur gibt es vielfältige Beziehung zwischen verschiedenen Arten. Bei manchen, wie der Frassbeziehung oder dem Parasitismus, profitiert die eine Art auf Kosten der anderen. Demgegenüber stehen die positiven Beziehungen, bei denen keiner der beiden Partner beeinträchtigt wird, aber mindestens einer von ihnen profitiert. Im Fall der Symbiose profitieren beide. Es handelt sich dabei um eine wechselseitig positive Beziehung – eine Win-Win-Situation, würde man auf Neudeutsch sagen. Das offensichtlichste Beispiel ist die Blütenbestäubung durch Insekten: Hier interagieren zwei Arten – Pflanze und Insekt – direkt miteinander und ziehen daraus einen Nutzen: Die Pflanze kann Samen bilden und sich fortpflanzen, das Insekt bekommt meist Nahrung in Form von Nektar. Sie fördern einander gegenseitig.
Und was, wenn nur eine Art profitiert?
Wenn nur ein Partner profitiert, dem anderen dadurch aber kein Schaden entsteht, sprechen wir von einer einseitig positiven Beziehung. Davon gibt es in der Natur sehr viele, bedeutend mehr als Symbiosen. Ein Beispiel ist der Efeu, der am Baum emporklettert, um mehr Licht zu bekommen. Viele halten den Efeu fälschlicherweise für einen Parasiten; dabei ernährt er sich selbstständig dank Wurzeln im Boden und Fotosynthese; er nutzt den Baum nur als Rankhilfe. Dem Baum schadet das nicht. Nur bei einem Sturm, Starkregen oder Schnee kann ein üppiger, immergrüner Efeubewuchs zur Last werden und Äste oder den Baum zum Umknicken bringen, vor allem wenn die Bäume gross und alt sind. Daran sieht man, dass sich Beziehungen mit der Zeit und je nach den Umweltbedingungen verändern können. Ein weiteres Beispiel einer einseitig positiven Beziehung ist der Kuhfladen. Die Gräser und Kräuter profitieren von diesem Extra-Dünger, ohne dass die Kuh etwas davon hat.
Langfristig profitiert die Kuh doch aber, wenn dank ihrer Fladen die Wiese üppiger wächst. Ist das dann nicht doch eine Symbiose?
Ja, auf lange Sicht gesehen stimmt das. Aber wenn wir in der Ökologie von Symbiosen sprechen, meinen wir damit eine unmittelbare wechselseitige Beziehung, quasi ein direkter Tauschhandel. Das ist beim Kuhfladen nicht der Fall. Ich nenne Ihnen noch ein anderes Beispiel: Eine Kohlmeise pickt die Raupen, die sich über die jungen Blätter einer Eiche hermachen. Hier profitieren sowohl die Kohlmeise als auch die Eiche – trotzdem ist es keine Symbiose, denn die beiden interagieren nicht direkt miteinander. Wir bezeichnen das als eine indirekte positive Beziehung, nach dem Prinzip «Der Feind meines Feindes ist mein Freund». Eine andere Form der indirekten positiven Beziehung ist die sogenannte Mimikry, bei der sich eine Art durch Imitation einer anderen Art einen Vorteil verschafft. Die wehrlose Hornissen-Schwebfliege beispielsweise sieht mit ihrem gelb-schwarz-gestreiften Hinterteil und der rotschwarzen Zeichnung auf dem Rücken aus wie eine Hornisse und ist dadurch vor Fressfeinden wie Vögeln geschützt. Die Hornisse bekommt davon nichts mit – deshalb ist die Beziehung indirekt.
Positive Beziehungen sind nicht nur für die involvierten Partner von Bedeutung, sondern darüber hinaus für das ganze Ökosystem.
Sie haben bereits einige konkrete Beispiele genannt. Welche Funktionen erfüllen positive zwischenartliche Beziehungen?
Viele positive Beziehungen dienen dem Schutz, etwa vor Fressfeinden, Parasiten, Krankheitserregern oder ungünstiger Witterung. Mimikry und «Der Feind meines Feindes ist mein Freund» fallen in diese Kategorie. Oder die sogenannten Schlafstättenblumen wie die Glockenblume, in denen Insekten nachts oder bei Regen Unterschlupf finden. Anderes Beispiel einer schützenden Beziehung: Wölfe erwischen meistens jene Gämsen, die an der übertragbaren Gämsblindheit leiden. Für die getötete Gämse ist das natürlich nicht positiv, für ihre Population jedoch schon, weil mit dem kranken Tier auch die Krankheitserreger eliminiert werden. Weitere wichtige positive Funktionen betreffen zum einen die Ernährung – etwa wenn Kompostwürmer sich von abgestorbenem Pflanzenmaterial ernähren. Und zum anderen den Transport von Samen oder lebenden Organismen, wodurch neue Lebensräume erschlossen werden können. Positive Beziehungen sind aber nicht nur für die involvierten Partner von Bedeutung, sondern darüber hinaus. Wir sprechen hier von Förderungsnetzen, die sich aus dem Zusammenspiel zahlreicher positiver Beziehungen in einem Ökosystem ergeben. Nehmen wir nochmals das Beispiel des Kuhfladens: Nicht nur die Wiesenpflanzen profitieren von ihm, sondern auch Pilze und diverse Insekten – jene, die sich vom Kot ernähren, und jene, die durch die üppiger wachsenden und blühenden Pflanzen mehr Nektar bekommen oder Unterschlupf finden. Vom grösseren Insektenvorkommen profitieren wiederum die Vögel, die sich von ihnen ernähren, und bestimmte Blütenpflanzen, die auf Insektenbestäubung angewiesen sind. Und so weiter.
Fokussieren wir uns auf die Symbiosen: Welche Formen gibt es?
Man kann in unseren Wäldern, Wiesen und ähnlichen Ökosystemen im Wesentlichen fünf häufige Formen von Symbiosen unterscheiden. Zwei davon sind gut sichtbar. Da ist zum einen die bereits erwähnte Blütenbestäubung durch Insekten. Was hier noch interessant ist zu erwähnen: Viele Blüten, wie jene des Zwergholunders oder verschiedener Distelarten, dienen als sogenannte Rendezvous-Plätze, wo Weibchen und Männchen derselben Insektenart aufeinandertreffen – fürs Bestäuben der Blüte «bekommen» sie nicht nur Nektar, sondern gleich auch noch Geschlechtspartner. Die zweite, gut sichtbare Symbiose ist die Samenausbreitung, bei welcher viele Pflanzen auf die Unterstützung von Tieren zählen. Das prominenteste Beispiel ist wohl das Eichhörnchen, das Eicheln und Bucheckern als Nahrungsvorrat für den Winter vergräbt und einige davon vergisst oder nicht mehr findet. Oder Vögel, die Beeren fressen und die Samen mit dem Kot an anderen Stellen ausscheiden. Besonders spannend finde ich die Samenausbreitung von Waldpflanzen wie Schneeglöckchen, Buschwindröschen und Veilchen. Weil es am Waldboden nur wenig Wind hat, setzen sie auf die Zusammenarbeit mit Ameisen. Ihre Samen sind dafür extra mit einem kleine Ölkörper ausgestattet. Angelockt durch dessen Duftstoffe, schnappen sich die Ameisen die Samen, transportieren sie in ihr Nest, fressen das Ölkörperchen und befördern die Samen danach wieder hinaus.
Und welches sind die drei Formen von Symbiosen, die weniger offensichtlich sind?
Das sind zum einen die Mykorrhizen, das Geflecht von Pilzfäden und Pflanzenwurzeln, das als Netzwerk zum Austausch von Nähr- und Botenstoffen dient. Zum anderen die Stickstofffixierung durch Knöllchenbakterien, die die Wurzeln von Hülsenfrüchtlern besiedeln, ihnen Stickstoff verfügbar machen und im Gegenzug von den Pflanzen mit Nährstoffen versorgt werden. Und zu guter Letzt noch die Flechten.
Flechten? Inwiefern zählen sie zu den Symbiosen?
Flechten bestehen aus einer Dauersymbiose zwischen einem Pilz und Grünalgen oder Cyanobakterien. Der Pilz ist das was wir als Flechte wahrnehmen. Er bildet die Struktur, in der zahllose winzige Grünalgen oder Cyanobakterien leben. Er versorgt diese Partner mit Phosphat und schützt sie vor Austrocknung. Diese wiederum betreiben Photosynthese und versorgen den Pilz mit zuckerähnlichen Substanzen und anderen Nährstoffen.
Obwohl wir heute viel mehr über sie wissen, wird die Bedeutung der positiven zwischenartlichen Beziehungen und der Förderungsnetze immer noch massiv unterschätzt.
Was fasziniert Sie am Thema Symbiosen?
Als ich in den 1960er Jahren an der ETH Naturwissenschaften studierte, waren positive zwischenartliche Beziehungen praktisch kein Thema. Stattdessen ging es vor allem um Konkurrenz, ums Fressen und Gefressen werden, um das Recht des Stärkeren. «Es ist eine Konkurrenzfrage», betonte Professor Heinz Ellenberg, eine Kapazität auf dem Gebiet der Pflanzenökologie, immer wieder. Damals herrschte die Lehrmeinung vor, dass es neben den Boden- und Klimabedingungen vor allem die Konkurrenz zwischen den Pflanzen ist, die zu einer Differenzierung in der natürlichen Vegetation führt, also dazu, dass an bestimmen Orten bestimmte Pflanzenarten vorkommen. Diese Theorie war mir zu einseitig, weil sie dem widersprach, was ich selber in der Natur beobachtete: Im Wald sah ich keine Konkurrenz, sondern Koexistenz – hier lebten viel verschiedene Arten auf engem Raum zusammen. So fing ich an, mich mit positiven Beziehungen und Förderungen zwischen Arten auseinanderzusetzen und darüber zu forschen.
Sie stellen das darwinistische Prinzip des «Survival of the Fittest» in Frage?
Darwins Theorie hat absolut ihre Gültigkeit – aber sie wird einseitig ausgelegt. Mein Punkt ist: Am fittesten können auch jene Arten sein, die sich gegenseitig unterstützen und fördern – nicht notwendigerweise nur diejenigen, die besonders aggressiv gegenüber anderen auftreten. Viele Symbiosepartner haben sich im Verlaufe der Zeit genetisch aneinander angepasst, man nennt das Koevolution. Die vielfältigen positiven Beziehungen und Symbiosen hätten sich nicht bis heute erhalten, wenn sie nicht einen evolutionären Vorteil mit sich gebracht hätten. Obwohl wir heute viel mehr über sie wissen, wird die Bedeutung der positiven zwischenartlichen Beziehungen und der Förderungsnetze immer noch massiv unterschätzt.
Warum ist das so?
Ich denke, es hat unter anderem damit zu tun, dass Konkurrenz in unserer Gesellschaft enorm im Vordergrund steht. Ob in der Wirtschaft oder beim Fussballmatch – der Mensch ist fasziniert vom Wettbewerb und vom Kampf ums Dasein. Denken Sie nur mal an Tierfilme: Da geht es fast immer um Leben und Tod, um den Löwen, der ein Zebra zerfleischt. Koexistenz, Zusammenarbeit und gegenseitige Förderung sind hingegen offenbar nicht so attraktiv. Auch deshalb nicht, weil sich diese Beziehungen oft im Kleinen oder im Verborgenen abspielen. Wir sehen nicht, was die Ameisen mit den Schneeglöckchensamen in ihrem Nest machen. Oder was in den Pilzfäden unter dem Waldboden abgeht. Hinzu kommt, dass die Menschheit die Natur stets bekämpft und sie zu bezwingen versucht hat. Bei Insekten denken wir als Erstes an Schädlinge, bei Pilzen an Gift und Parasiten, bei Bakterien an Krankheitserreger. Dabei sind viele Symbiosen für uns Menschen überlebenswichtig: von unseren wichtigsten Nahrungspflanzen werden 75% durch Tiere bestäubt und über 90% haben Mykorrhizen. Und wir selber leben auch in einer obligaten Symbiose mit unseren Darmbakterien.
Gibt es positive Beziehungen, bei denen der Mensch eine wichtige Rolle spielt?
Sicher. Nutzpflanzen wie Weizen beispielsweise haben nur dank uns eine so grossflächige Verbreitung. Ähnliches gilt für unsere landwirtschaftlichen Nutztiere. Ein anderes Beispiel ist die Mischkulturform Milpa aus Mittelamerika: Der Mensch hat irgendwann einmal festgestellt, dass es sinnvoll ist, Mais, Bohnen und Kürbis zusammen zu pflanzen. Der Mais ermöglicht den Bohnen ans Licht zu klettern, die Bohnen liefern durch die Symbiose mit Knöllchenbakterien Stickstoff auch für seine beiden Partnerarten und der Kürbis schützt mit seinen grossen Blättern vor Bodenerosion durch Starkregen.
Das Beispiel Milpa bringt mich zur nächsten Frage: Wie lassen sich Symbiosen im Garten fördern?
Ein naturnaher, strukturreicher Garten und einer grosse Pflanzenvielfalt ist eine gute Voraussetzung für positive zwischenartliche Beziehungen. Damit können Sie beispielsweise Lebensraum für Insekten schaffen und die Blütenbestäubung fördern. Um die Ausbildung von Mykorrhiza im Boden zu begünstigen, sollten Sie wenig düngen, auf Pestizide verzichten und die Erde möglichst wenig umgraben.
Der Artenverlust ist nicht das einzige Problem, das der Klimawandel mit sich bringt. Er stört beispielsweise auch die Synchronisation von Bestäubern und Pflanzen.
Welchen Einfluss hat der Klimawandel auf Symbiosen oder generell auf positive Beziehungen?
Das kommt auf die Beziehung an. Bei einer obligaten Beziehung, die also für den einen oder auch beide Partner lebensnotwendig ist, wiegt das Verschwinden einer der Arten schwer. Orchideenarten beispielsweise sind auf spezielle Mykorrhiza-Pilze angewiesen, ohne die ihre Samen nicht keimen können. Verschwindet dieser Pilz, verschwindet auch die Orchidee. Der Artenverlust ist aber nicht das einzige Problem, das der Klimawandel mit sich bringt. Er stört beispielsweise auch die Synchronisation von Bestäubern und Pflanzen. Eine Studie hat gezeigt, dass sich der Blühzeitraum der Kuhschelle, einer Frühlingspflanze mit grossen violetten Blüten, nach vorne verschiebt, die Gehörnten Mauerbienen, eine ihrer Hauptbestäuber, aber nicht früher schlüpfen. Sie sind also zeitlich nicht mehr optimal aufeinander abgestimmt. Die Auswirkungen des Klimawandels auf Symbiosen und generell auf positive zwischenartliche Beziehung sind noch zu wenig verstanden, hier besteht viel Forschungsbedarf.
Zum Schluss: Haben Sie eine Lieblings-Symbiose?
Das ist eine schwierige Frage. Eine lockere Symbiose, die ich besonders interessant finde, ist jene zwischen der Feldmaus und bestimmten Grasarten. Mein wissenschaftlicher Mitarbeiter Alfred Leutert hat diese Beziehung im Rahmen einer Feldforschung in Magerwiesen bei Schaffhausen beobachtet. Die Feldmaus gräbt meterlange unterirdische Gänge als Versteck, als Nestkammer für die Jungen und als Lager für Nahrungsknollen und -sprosse. Ihre Ausscheidungen deponiert sie unmittelbar um den Baueingang. Dies kommt bestimmten «düngerliebenden» Gräsern wie dem Wiesen-Schwingel und dem Knaulgras zugute, die dort dann üppig und dunkelgrün aufwachsen und in der sonst hellgrünen Magerwiese herausstechen. Beide Grasarten sind bei der Feldmaus als Futter besonders beliebt – sie betreibt also sozusagen Pflanzenbau.
