Botanik

1

Einleitung

Botanik, Zweig der Biologie, der sich insbesondere mit dem Studium der Pflanzen beschäftigt.

Pflanzen werden heute als eukaryontische Organismen definiert (also als Lebewesen mit einem Zellkern), die autotroph sind und Photosynthese betreiben. Pilze zählte man früher ebenfalls zu den Pflanzen, da sie gleichfalls unbeweglich sind und oberirdische Fruchtkörper aufweisen. Ihre Unterschiede zu den Pflanzen sind aber so groß, dass sich im Zuge der weiteren Aufgliederung der Biologie eine eigenständige Disziplin, die Mykologie, zu etablieren beginnt. Dennoch wird heute von einem Botaniker immer noch erwartet, dass er auch über die Formenvielfalt und Lebensweise der Pilze Bescheid weiß.

2

Historische Entwicklung

Mit der Entwicklung neuer Techniken haben sich die naturwissenschaftlichen Disziplinen in revolutionärer Weise gewandelt, wobei der Computertechnologie der Verdienst zukommt, überall entsprechenden Vorschub geleistet zu haben. Auch an der Botanik ist diese Entwicklung nicht vorbeigegangen. Anstatt auf Herbarbögen geklebte getrocknete und gepresste Pflanzen nachdenklich zu betrachten, stehen moderne Botaniker heute zumeist in chemischen Laboratorien. Mit Hilfe von Genanalysen und molekularbiologischen Techniken versuchen sie den bislang mit Mikroskop und Pinzette nicht lösbaren Fragen auf die Spur zu kommen. Dazu gehören u. a. Fragen zur Verwandtschaft und Zuordnung einzelner Pflanzenfamilien, aber auch molekulare Details beispielsweise der Umwandlung des Sonnenlichtes in verwertbare chemische Energie im Prozess der Photosynthese, der in den Chloroplasten der grünen Pflanzen stattfindet.

Natürlich gibt es immer noch Botaniker, die unter großen Entbehrungen mit Botanisiertrommel und Lupe schwer zugängliche Andentäler oder entlegenste Winkel Borneos durchstreifen. Dieses klassische Botanisieren wird immer mühseliger, und selbst wenn man eine neue Pflanzenart entdeckt, so sind von ihr meist bereits eng verwandte Arten bekannt, die sich oftmals nur in ganz wenigen, teils mikroskopischen Merkmalen unterscheiden. Die Zeiten eines Alexander von Humboldt oder eines Charles Darwin, die eine unglaubliche Zahl neuer Pflanzenarten entdeckten, sammelten und beschrieben, sind ein für alle Mal vorbei. Die Kenntnis der einzelnen Familien, Ordnungen, Gattungen und Arten von Pflanzen stellt heute die Basis der modernen Botanik dar und ist nicht mehr katalogisierender Selbstzweck früherer Zeiten.

Die Entwicklung der menschlichen Zivilisation ist nicht nur durch die Entdeckung von Feuer, Eisen und Rad geprägt, sondern wurde und wird auch vom Wissen über Pflanzen und deren Züchtung begleitet. Mit dem Sesshaftwerden der ersten Sammler und Jäger begann die Notwendigkeit des Anbaus von Pflanzen. Vor etwa 12 000 Jahren (so alt sind die frühesten Belege) war bereits der Anbau einfacher Getreide üblich. Dabei wurde man natürlich auch mit den Eigentümlichkeiten der Pflanzen vertraut. So merkten die frühen „Botaniker” rasch, dass Pflanzen beim Wachstum kein Salz vertragen, ganz im Gegensatz zu Tieren, die dies unbedingt benötigen. Dem Brot als Nahrungsmittel musste deshalb unbedingt Salz zugegeben werden, was hingegen bei vorwiegender Ernährung durch Fleisch nicht nötig war.

Schriftliche Belege zur Botanik als selbständiger Wissenschaft gibt es erst im 4. Jahrhundert v. Chr. mit einer Arbeit des griechischen Philosophen Theophrastus. Dieser schrieb eine wissenschaftliche Abhandlung über die Klassifizierung, Morphologie und Fortpflanzung von Pflanzen. Seine Ideen haben die Botanik bis ins 17. Jahrhundert stark beeinflusst. Die Entwicklung der modernen Botanik begann erst im 16. Jahrhundert mit der Erfindung des Mikroskops (1590) und des Buchdruckes.

3

Klassische Studien

Die Griechen der Antike glaubten, dass Pflanzen ihre Nährstoffe ausschließlich dem Boden entziehen. Im 17. Jahrhundert gelang es jedoch dem Belgier Johan Baptista van Helmont nachzuweisen, dass eine Weide, die nur mit Wasser gegossen in einem Topf wuchs, in fünf Jahren fast 75 Kilogramm an Gewicht zunahm, während die Erde, in der sie wuchs, innerhalb dieses Zeitraumes nur 60 Gramm an Gewicht verlor. Dies bewies, dass Erde nur unwesentlich zur Gewichtszunahme einer Pflanze beiträgt. Im 18. Jahrhundert zeigte der englische Chemiker Joseph Priestley, dass wachsende Pflanzen Luft erneuern, wenn dieser zuvor der Sauerstoff durch das Abbrennen von Kerzen entzogen wurde. Der holländische Physiologe Jan Ingenhousz wies daraufhin nach, dass Pflanzen nur im Licht die Atemluft erneuern können. Diese und andere Erkenntnisse schufen die Grundlage für die moderne Pflanzenphysiologie.

Der zelluläre Aufbau der Pflanzen wurde zuerst im 17. Jahrhundert von dem englischen Forscher Robert Hooke entdeckt: Er beobachtete, dass Kork, der ein wesentlicher Bestandteil der Borke aller Bäume ist, aus Zellen aufgebaut ist. Im Jahr 1838 äußerte der Deutsche Matthias Schleiden die Vermutung, dass alle Pflanzengewebe aus Zellen bestehen. Er legte damit den Grundstein für die Entwicklung der Zytologie, denn alle Lebewesen sind aus einzelnen Zellen aufgebaut. Diese Wissenschaft stellt eine grundsätzliche Disziplin der Biologie und Medizin dar. Der deutsche Pathologe und Mediziner Rudolf Virchow zeigte 1858, dass Zellen nur aus zuvor bereits bestehenden Zellen hervorgehen können und damit eine Entwicklung von Leben bzw. Zellen aus Nichts nicht möglich ist.

Solche Beobachtungen waren nicht nur für die Entwicklung von Physiologie und Anatomie von Bedeutung, sondern spielten auch eine grundlegende Rolle für das Verständnis genetischer und evolutionärer Vorgänge. Im 19. Jahrhundert erkannte der österreichische Botaniker Gregor Mendel wichtige Grundgesetze der Genetik, als er an verschiedenen Erbsensorten das Entstehen von Merkmalsunterschieden begründete. Seine Hybridisierungsexperimente erforderten eine genaue Kenntnis der Bedeutung verschiedener Blütenteile für die Fortpflanzung. Dieses Wissen geht auf die Experimente des holländischen Botanikers Rudolph Jacob Camerarius zurück, der erkannte, dass sich Pflanzen sexuell vermehren können. Die Experimente Mendels blieben bis in das frühe 20. Jahrhundert unbeachtet, weil man bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht die geringsten Vorstellungen hatte, auf welcher Basis die Vererbung erfolgt.

In der Mitte des 19. Jahrhunderts begründete Charles Darwin die Evolutionstheorie und beschrieb die natürliche Selektion und Weiterentwicklung der Lebewesen, ohne jedoch die Arbeiten von Mendel zu kennen. Darwin erkannte, dass sich Arten in ihren Merkmalen im Verlauf längerer Zeiträume verändern und es sich im „Kampf ums Dasein” zeigt, welche dieser Entwicklungen überlebensfähig sind und sich durchsetzen. Mendel hingegen interessierte sich in seinem Klostergarten dafür, wie die Blütenfarbe von Erbsen in Kreuzungsexperimenten an die Nachkommen weitergegeben wird und formulierte ansatzweise die Regeln, welche die Auswahl und Vererbung verschiedener Merkmale bestimmen. Dass allerdings die Vererbung von Merkmalen nicht unbedingt vorhersagbar ist, fiel erst dem Botaniker Hugo de Vries auf, der spontane Änderungen bei der Merkmalsvererbung seiner Versuchspflanze, der Nachtkerze Oenothera, beobachtete. Er schloss daraus, diese unerwarteten Änderungen müssten eine Folge von Änderungen (oder Mutationen) in der Erbinformation sein.

Anatomische, genetische und evolutionäre Erkenntnisse trugen in erheblichem Maß zur Entwicklung der Pflanzensystematik bei, denn sie erlaubten Rückschlüsse auf stammesgeschichtliche Abläufe. John Ray, ein Naturforscher des 17. Jahrhunderts, teilte Pflanzen in blühende und nichtblühende Formen ein, wobei er die blühenden Pflanzen in Zweikeimblättrige und Einkeimblättrige unterschied. Erst der Botaniker Carl von Linné begründete im 18. Jahrhundert das Gerüst, auf dem die moderne Klassifikation beruht. In diesem, vom Prinzip her einfachen Nomenklatursystem werden jeder Pflanze zwei Namen gegeben: Der erste bezeichnet die Gattung, der zweite die spezielle Art.

Bei den frühen Botanikern handelte es sich in den meisten Fällen um Naturgelehrte, Naturforscher, Philosophen, Physiker und Ärzte. Die Beschäftigung mit Pflanzen allein erschien den frühen Wissenschaftlern nicht ausfüllend genug. Dazu gab es viel zu viele andere, faszinierende, ungeklärte Phänomene in der Natur, so dass die kontinuierliche Beschäftigung mit Pflanzen sich zu einer Domäne der Heilgelehrten entwickelte. Pflanzen enthalten nicht nur Gifte (bekanntlich nötigte man Sokrates zum Leeren eines Schierlingsbechers), sondern auch wirksame Arzneimittel. Das Wissen um die Heilkraft der Pflanzen wurde vor allem in der Abgeschiedenheit und Ruhe der Klöster gepflegt, bewahrt und – besonders als der Buchdruck erfunden war – auch weitergegeben.

In den Klostergärten wurden geduldig die verschiedensten Pflanzen kultiviert und die Wirkungsweise ihrer Inhaltsstoffe studiert. Aus dieser Tradition entwickelte sich schließlich die eigenständige Disziplin der Apothekerkunst. Weil die Pharmazeuten ein sehr handfestes Interesse an der Botanik hatten und nicht nur philosophisch-esoterische Beziehungen zu Pflanzen pflegten, besaßen sie bis ins 20. Jahrhundert die umfassendsten botanischen Kenntnisse. Der ruhigen Beständigkeit der Mönche bei der Pflege ihrer Gärten ist es auch zu verdanken, dass etliche Kulturpflanzen, die wie die Kartoffel oder Tomate aus der Neuen Welt als Kuriosität nach Europa gebracht worden waren, so lange gehegt wurden, bis schließlich ihr ungeahnter Wert für die Ernährung der Bevölkerung erkannt und nicht nur ihre Giftigkeit gefürchtet wurde.

4

Angewandte Botanik

In der botanischen Forschung vergisst man trotz aller Detailversessenheit nicht, auch dem Aspekt der Anwendung Aufmerksamkeit zu schenken, an dem naturgemäß Land- und Forstwirte besonderes Interesse haben. Durch Untersuchungen über die Hormone der Pflanzen weiß man z. B., dass das Längenwachstum des Getreidehalmes durch die Bildung von Gibberellinsäure gesteuert wird. Da nun gerade hochwüchsiges Getreide im Sommer durch Wind und Niederschläge in Gefahr ist, niedergelegt zu werden ist, hat man für die Landwirtschaft einen Wachstumsregulator (mit dem Handelsnamen Cycocel) entwickelt, der die Gibberellinsäurebildung unterdrückt. Damit bleiben die Getreidehalme niedrig und wetterfest, was wiederum zu einer deutlichen Ertragssteigerung führt.

Die modernen Eingriffe der Botanik bei landwirtschaftlichen Nutzpflanzen erfolgen heute durch die Einführung nützlicher Gene mit molekularbiologischen Methoden. So werden den Pflanzen Resistenzen gegen Schädlinge „eingeimpft” oder beispielsweise die Haltbarkeitsdauer von Früchten wie der Tomate durch Ausschaltung bestimmter Gene verlängert. Obgleich viele Menschen solche gentechnischen Manipulationen nicht nur missbilligen, sondern gar fürchten, wird sich der Lauf der Dinge wohl nicht aufhalten lassen. Auch die Ökologie, ein weiterer bedeutender Zweig der Botanik, hat nicht nur zu theoretischen Ergebnissen hinsichtlich Stabilität und Wandel in den Pflanzengesellschaften geführt, sondern beipielsweise auch natürliche Fluktuationen und Phänomene in Waldökosystemen aufgezeigt und damit wichtige Beiträge zur Erklärung des so genannten Waldsterbens geleistet.