Samen

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Einleitung

Samen, Fortpflanzungs- und Verbreitungsform der Samenpflanzen.

Samen entwickeln sich nach Befruchtung der Eizelle in der Samenanlage der Blüte. Bei manchen Pflanzen werden nur die Samen selbst verbreitet, d. h. die Früchte öffnen sich und streuen die Samen aus; bei anderen (etwa Nüssen) bleiben die Samen in den Früchten eingeschlossen und werden zusammen mit diesen verbreitet. Im Samen befindet sich ein ruhender Embryo, der ein Nährgewebe für die Zeit des Auskeimens besitzt und von einer schützenden Hülle, der Samenschale, umschlossen ist.

Es gibt zwei grundsätzliche Gruppen von Samenpflanzen: Bedecktsamer (Angiospermen) und Nacktsamer (Gymnospermen), die sich nur bezüglich der Anordnung ihrer Samenanlagen unterscheiden: Diese sind entweder in Fruchtblätter eingeschlossen oder liegen frei („nackt”) auf den Fruchtblättern (Zapfenschuppen). Die Samen selbst sind aber praktisch gleich. Algen, Moose und Farne hingegen bilden keine Samen, sondern pflanzen sich mittels Sporen und/oder Keimzellen (Gameten) fort.

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Entwicklung des Samens

Der Entwicklung des Samens geht zunächst die Bestäubung voraus, die Übertragung eines oder mehrerer Pollenkörner auf die Narbe des weiblichen Fruchtknotens. Dies kann auf mannigfaltige Weise geschehen, wobei unscheinbare Blüten meist vom Wind bestäubt werden, so die Blüten der Nadelbäume oder der europäischen Laubbäume. Auffallende Blüten, bis hin zu den prächtigen Blüten der Orchideen, werden dagegen von Insekten, aber auch von Vögeln, Fledermäusen oder anderen Kleinsäugern bestäubt. Die übertragenen Pollenkörner bleiben auf der klebrigen Narbe haften; durch deren zuckeriges Sekret wird der Pollen mit Energie versorgt und gleichsam „zum Leben erweckt”. Er beginnt, einen Pollenschlauch zu entwickeln, der durch den Griffel zur Eizelle im Fruchtknoten wächst.

Im Pollenschlauch befinden sich zwei Zellkerne; einer davon, der vegetative Kern, steuert die Entwicklung des Pollenschlauches, während der andere, der als generativer Kern bezeichnet wird, die Befruchtung durchführt. Bevor es aber soweit ist, teilt dieser sich noch einmal, so dass schließlich zwei generative Kerne vorliegen. Nach dem Eindringen des Pollenschlauches in die Samenanlage verschmilzt einer dieser beiden Kerne mit dem Kern der haploiden Eizelle, aus der sich anschließend der diploide Embryo entwickelt. Der andere generative Kern verschmilzt mit dem bereits diploid in der Samenanlage vorliegenden Endospermkern. Aus dieser Vereinigung entwickelt sich dann das triploide Nährgewebe, das Endosperm. Diese dreifache Ausstattung mit Chromosomen kommt der Qualität des Endosperms zugute: Je mehr Chromosomensätze in der Zelle vorliegen, desto stärker entwickelt sich das Gewebe. Unsere Getreidegräser produzieren große Samen, weil beispielsweise der Weizen hexaploid ist und damit einen sechsfachen Chromosomensatz besitzt. Bei den Angiospermen wird die Bildung des triploiden Endosperms als doppelte Befruchtung bezeichnet. Bei den Gymnospermen, den Nacktsamern, erfolgt keine doppelte Befruchtung und das Endosperm bleibt, wie ursprünglich angelegt, diploid.

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Verbreitung der Samen

Manche Samen, beispielsweise die der Weiden, sind nur wenige Tage keimfähig, auch frische Kaffeesamen verlieren rasch ihre Keimfähigkeit; andere Samen – vor allem die mit harten und stabilen Samenschalen – bleiben dagegen jahrelang keimfähig. Berichte, wonach mehrtausendjährige Samen der Indischen Lotosblume oder der japanischen Magnolie oder Getreidesamen aus Pyramiden wieder zum Leben erweckt wurden, sollte man allerdings mit Skepsis betrachten.

In den seltensten Fällen fallen die Samen direkt auf den Boden unter der Mutterpflanze. Das würde einerseits der Ausbreitungsstrategie der Pflanzen zuwiderlaufen und andererseits die keimenden Pflänzchen beim Kampf um Wasser und Nährstoffe in Konkurrenz zur Mutterpflanze setzen. Deshalb sind Samen mit einer Vielfalt ausgefeilter Verbreitungsmechanismen ausgestattet. Das häufigste Hilfsmittel dabei ist der Wind. Die berühmtesten Flieger dürften die Samen des Löwenzahns sein, deren anmutige, lang gestielte Schirmchen auf den leisesten Windhauch reagieren und den Löwenzahn sprichwörtlich in alle Winde verbreiten. Die Samen der Pappel sind von einem Bausch feinster Wattefasern eingehüllt und werden ebenfalls leicht vom Wind verbreitet. Andere Samen besitzen Flügel oder Tragflächen, so der Ahorn, der ein einflügeliges Fluggerät produziert. Besonders in den engen Biotopen des tropischen Regenwalds ist die Weiterverbreitung der Samen wichtig. Hier gibt es die elegantesten Flieger unter den Samen, die mit Tragflächen links und rechts des Samens ausgestattet sind: Die Samen des Kürbisgewächses Macrozanonia macrocarpa mit einer Spannweite von 15 Zentimetern würden jedem Modellsegelflugzeug Ehre machen.

Auch Wasser wird als Verbreitungsmedium genutzt. Die schwimmfähigen Kokosnüsse mit ihrem eingeschlossenen Samen werden von Meeresströmungen über alle tropischen Meere verbreitet; auch Mangroven und andere Pflanzen der Meeresküsten setzen diese Strategie ein. Andere große Früchte werden verbreitet, weil sie etwas Fressbares zu bieten haben. Vögel, wie Stare oder Amseln, pflücken rote Kirschen, fliegen damit fort, fressen das Fruchtfleisch und lassen die unverdaulichen Samen fallen. Antilopen fressen gern die Früchte der Akazien; die unverdaulichen, harten, gut gegen Vertrocknen geschützten Samen in den nahrhaften Hülsen werden im Verdauungstrakt der Tiere durch die Verdauungssäfte weich und keimfähig, so dass sie gleich keimbereit sind, wenn sie später zusammen mit einer Portion Dünger irgendwo ausgeschieden werden. Manchmal aber bieten die Samen den Tieren keinerlei Anreiz bzw. keinerlei Belohnung für einen Transport, sondern hängen sich – wie die sprichwörtlichen Kletten – einfach in das Fell der Tiere oder die Kleidung des Menschen. Irgendwo entledigt man sich dieser blinden Passagiere, die damit ihr Ziel erreicht haben.

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Vorgang der Keimung

Die Grundvoraussetzung für das Keimen ist ausreichend Wasser, um die während der Samenruhe oder Lagerung ausgetrockneten Gewebe wieder quellen zu lassen und mit Feuchtigkeit zu sättigen. Der zweite Faktor ist eine ausreichende, den physiologischen Erfordernissen der Pflanze angepasste Temperatur. Externe Nährstoffe werden jedoch nicht gebraucht, da der Embryo meist bereits bei der Samenentwicklung mit einem ausreichenden Nährgewebe ausgestattet wird. Dieses Nährgewebe kann entweder, wie bei den Einkeimblättrigen Pflanzen, dem Embryo als separate Packung beigegeben werden (was man beim Getreidekorn deutlich sehen kann), oder alle Nährstoffe werden gleich in die Keimblätter gepackt, die dann den Löwenanteil des im Samen ruhenden Keimlings ausmachen. Öffnet man beispielsweise eine Erdnuss und pellt die rötliche, pergamentartige Samenschale ab, so erkennt man zwei Hälften, an deren Enden sich eine kleine Spitze befindet. Die beiden Hälften sind die mit Erdnussfett gefüllten Keimblätter, die das Energiereservoir des Keimlings enthalten, und das spitze Ende wird von der Keimwurzel gebildet. Der zukünftige Spross, in dieser Phase noch als Hypokotyl bezeichnet, ist noch viel kleiner und befindet sich zwischen den beiden Keimblättern. Ähnlich ist die Situation bei Bohnen, Erbsen und anderen Samen der Hülsenfrüchtler. Allerdings sind hier die – auch für den Menschen – nahrhaften Keimblätter mit Stärke gefüllt. Bei den Gymnospermen, den Nacktsamern, besitzt der Embryo gleich mehrere Keimblätter, die sich die Nährstoffe während des Auskeimens aus dem sie umhüllenden Endosperm holen müssen.

Bei der Keimung muss also das Wasser durch die Samenschale bis zum Embryo diffundieren und die Gewebe zum Quellen bringen. Als Erste bricht die Keimwurzel (Radicula) durch die Samenschale. An der Spitze der Keimwurzel, die in den Boden eindringt und den Samen fest verankert, entwickeln sich sofort feine Haarwurzeln, die weiter Wasser aufnehmen. Dann erst beginnt das Hypokotyl (Sprossabschnitt zwischen Keimwurzel und Keimblatt) mit dem Längenwachstum, so dass das Keimblatt bzw. die Keimblätter und mit ihnen der zwischen ihnen liegende Vegetationspunkt (die Zone des Spitzenwachstums) über der Erdoberfläche erscheinen. Gelangen die Keimblätter ans Licht, so entwickeln sie Chlorophyll, werden grün und beginnen mit der Photosynthese und damit der Selbstversorgung, bis sich aus dem Vegetationspunkt die ersten echten Laubblätter entwickeln. Bei vielen Pflanzen erscheinen die Keimblätter (bzw. das eine Keimblatt der Monokotylen) nie über der Erdoberfläche, und erst mit Erscheinen der ersten echten Blätter setzt die Photosynthese ein; bis dahin lebt die Pflanze ganz von den im Samen gespeicherten Nährstoffen.