Stefano Mancuso - Pflanzenrevolution

Doch die Wurzelspitzen besitzen noch eine andere grundlegende Eigenschaft: Sie können sich durch extrem festes Material bohren. Obwohl sie so zart und zerbrechlich wirken, entfalten sie außergewöhnliche Druckkräfte und bringen durch Zellteilung und Zellvergrößerung selbst hartes Gestein zum Bersten. Die Wurzel kann nämlich nur wachsen, wenn Poren oder Risse im Boden größer sind als die Wurzelspitze. Ihre Kraft verdankt die Wurzelspitze dem Wasser, das ihre Zellen von innen her anschwellen lässt: Weil durch das osmotische Potenzial der Wurzel eine Potenzialdifferenz entsteht, dringt Wasser in die Zellen ein. Die Zellen schwellen an, und die Zellmembran drückt gegen die feste Zellwand. Je nach Pflanzenart können dabei Druckkräfte von einem bis drei Megapascal entstehen. Und so können sich Wurzeln selbst durch hartes Material wie Asphalt, Beton oder sogar Granit bohren.

Es gibt noch eine weitere wenig bekannte Eigenschaft der Pflanzen, von der sich die Roboterentwicklung inspirieren lassen könnte: Pflanzen sind modular und repetitiv aufgebaut. So besteht ein Baum aus sich wiederholenden Modulen, aus denen sich erst seine Gesamtarchitektur und Physiologie ergeben. Das ist etwas völlig anderes als im Tierreich. Eigentlich kann man bei Pflanzen nämlich noch nicht einmal von Individuen sprechen. Das mag seltsam klingen, aber schauen wir einmal genauer hin. Den Begriff «Individuum» kann man mindestens auf zweierlei Weise definieren:

Etymologisch:

Ein Individuum ist eine biologische Einheit, die sich nicht weiter teilen lässt, ohne dass dadurch mindestens ein Teil stirbt.

Genetisch:

Ein Individuum ist eine biologische Einheit mit einem räumlich und zeitlich stabilen Genom. Räumlich, weil das Genom in allen Zellen identisch ist, und zeitlich, weil es über die gesamte Lebensdauer beständig bleibt.

Wie sich schnell zeigt, treffen beide Definitionen auf die meisten Pflanzen eigentlich nicht zu. Betrachten wir zunächst die etymologische Definition: Wenn man eine Pflanze teilt, dann vermehrt sie sich. So schrieb schon der französische Naturwissenschaftler Jean-Henri Fabre (1823–1915): «Bei Tieren bedeutet Teilen in den meisten Fällen töten, bei den Pflanzen aber vermehren.» Das leuchtet nicht nur jedem Biologen sofort ein, sondern wohl auch jedem Hobbygärtner, denn die Vermehrung durch Stecklinge oder Pfropfung macht sich genau das zunutze.

Aber auch die genetische Stabilität der zweiten Definition scheint für die Pflanzen kein Muss. Obwohl das Genom selbst bei den winzigsten Tieren in allen Zellen und lebenslang stabil bleibt, gilt das für die Pflanzen offenbar nicht. Wer sich schon einmal mit der Knospenmutation von Obstbäumen beschäftigt hat, weiß das. In der langen Geschichte des Obstanbaus wurden nämlich immer wieder «mutierte» Äste mit interessanten Früchten entdeckt. Das zeigt sich unter anderem an den Obstsorten, die daraus entstanden sind: So verdanken wir die Nektarinen wohl der Knospenmutation eines Pfirsichbaums und die Pinot-Grigio-Traube der Knospenmutation einer Pinot-Nero-Traube.

Zudem zeugen die faszinierenden Schimären davon, dass ein und dieselbe Pflanze unterschiedliche Genome besitzen kann. Pflanzen, die durch Pfropfung entstehen, setzen sich – wie die Schimären der griechischen Mythologie – aus unterschiedlichen Teilen zusammen. Auch bei den zahlreichen «bizarren» Sorten, beispielsweise von Apfelsine oder Traube, wird diese pflanzliche Eigenheit augenfällig. Hier darf die berühmte Citrus x aurantium bizzarria nicht unerwähnt bleiben, eine äußerst seltene Zitruspflanze, deren Früchte unregelmäßig verteilte Merkmale von Bitterorange und Zitronatzitrone aufweisen. Sie wurde erstmals 1674 von Pietro Nati, dem damaligen Direktor des Botanischen Gartens von Pisa, beschrieben und war lange Zeit das Paradestück der Medici-Sammlungen. Aber dann galt sie als ausgestorben und wurde erst in den 1960er-Jahren «wiederentdeckt». Über solche Kuriositäten hinaus finden sich ähnliche genetische Abweichungen bei allen alten Bäumen.

Die berühmte Citrus x aurantium bizzarria gehört zu den zahlreichen Zitrusfrucht-Schimären. Heute kann man sie in der Villa Medici in Castello oder im Boboli-Garten in Florenz bewundern.

Kurzum, eine Pflanze kann man eigentlich nicht als «Individuum» bezeichnen. Schon am Ende des 18. Jahrhunderts tauchte daher die Vorstellung auf, Pflanzen seien eher wie Kolonien, die aus identischen, sich wiederholenden Elementen bestehen. So schrieb Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832), der nicht nur ein großer Dichter, sondern auch ein genialer Botaniker war, im Jahr 1790: «Die Seitenzweige also welche aus den Knoten der Pflanzen entspringen, lassen sich als besondere Pflänzchen, welche eben so auf dem Mutterkörper stehen wie dieser an der Erde befestigt ist, betrachten.» Goethes Gedanke wurde dann 1800 von Erasmus Darwin (1731–1802), dem Großvater des berühmten englischen Naturwissenschaftlers Charles Darwin (1809 – 1882), aufgegriffen: «Die Knospe eines Baums ist eine eigene Pflanze; ein Baum ist darum eine Familie, die aus mehreren Pflanzen besteht.» Schließlich ergänzte sein Enkel Charles 1839: «So überraschend die Verbindung separater Individuen in einem gemeinsamen Strunk stets erscheint, zeigt doch jeder Baum das gleiche Faktum, denn Knospen müssen als individuelle Pflanzen betrachtet werden. (…) Wir können die Polypen bei einem Zoophyten oder die Knospen an einem Baum als Fälle betrachten, bei denen die Teilung des Individuums nicht vollständig durchgeführt worden ist.» Und der Botaniker Alexander Braun (1805–1877) schrieb 1855: «Schon das bloße Naturgefühl erweckt bei der Betrachtung des meist verzweigten Pflanzenstocks, namentlich eines Baums (…), die Ahnung, dass dies nicht ein Einzelwesen und Einzelleben sei, dem Individuum des Thiers oder des Menschen gleichzusetzen, sondern vielmehr eine Welt vereinter Individuen.»

Jeder Baum lässt sich als eine Kolonie sich wiederholender architektonischer Module beschreiben.

Die Vorstellung von der «Pflanze als Kolonie» wird also schon seit Langem und von berühmter Seite unterstützt. Sie impliziert zudem, und das dürfte für die Roboterentwicklung von besonderem Interesse sein, eine längere Lebensdauer: Eine Kolonie lebt länger als ihre Teile. Ein Polyp lebt nur wenige Monate, aber die Koralle, die ihn beherbergt, potenziell ewig. Ähnlich ist es mit den Bäumen: Obwohl ihre Grundbausteine nur eine kurze Lebensdauer haben, könnte die Kolonie, der Baum, theoretisch ewig leben.

Wobei zu ergänzen ist, dass nicht nur der oberirdische Pflanzenteil, sondern auch der Wurzelstock modular und repetitiv aufgebaut ist. Jede einzelne Wurzel verfügt über eine autonome Kommandozentrale, die die Bewegungsrichtung vorgibt, kooperiert aber zugleich, wie für Kolonien typisch, mit allen anderen Wurzelspitzen, wenn es allgemeine Probleme zu meistern gilt. Die dezentral organisierte Intelligenz der Pflanzen – das einfache, funktionale System, dank dem sie effizient auf Umweltherausforderungen reagieren können – zeugt eindeutig davon, dass sie eine enorme evolutionäre Entwicklung hinter sich haben.

Es gibt also, wie wir gesehen haben, viele gute Gründe, sich bei der Roboterentwicklung von den Pflanzen inspirieren zu lassen. Davon war ich jedenfalls felsenfest überzeugt, als 2003 die Idee in mir reifte, einen Plantoiden zu entwickeln. Die ungeahnten Möglichkeiten, die sich dem Roboterbau durch das Pflanzenvorbild eröffnen würden, begeisterten mich, und der Begriff «Plantoid», in Anlehnung an «Android», schien mir für meine Idee mehr als passend. Ich malte mir aus, wo sich die Plantoiden überall als nützlich erweisen konnten, ob in der Bodenerkundung oder der Weltraumforschung, wusste allerdings auch, wie begrenzt meine Roboterkenntnisse waren und sind. Aus meiner Idee konnte nichts werden, wenn ich sie allein weiterentwickelte, das war mir klar, und ich sah meinen Traum schon, wie viele wissenschaftliche Ideen, in irgendeiner Schublade verstauben.