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Woher weiß die Natur, dass es Frühling ist?

Stand: 03.01.2019

Fragen des Alltags "Blaumeise" mit drei Fragezeichen  | Bild: picture-alliance/dpa, Montage: BR

In der Schule lernen wir die kompliziertesten Formeln, aber wer erklärt uns die kleinen, alltäglichen Dinge? Warum ist die Banane krumm? Können sich Tiere auch erkälten? Warum hat Rentier Rudolph eine rote Nase? Oft genug fällt selbst Wissenschaftlern die Antwort schwer. Wir haben ein paar der kniffligsten Fragen und überraschendsten Antworten zusammengestellt.

Woher weiß die Natur, dass es Frühling ist?

Kalender im Krautgarten?

Uns Menschen reicht ein Blick auf den Kalender und es ist klar: Mitte März ist Frühlingsanfang. Doch woher weiß die Natur, dass es so weit ist?

Kürzere Nächte bringen Pflanzen zum Blühen

Aufs Licht kommt es an - zumindest bei Pflanzen. Die können nämlich mit speziellen Rezeptoren messen, ob die Nächte kürzer werden. Und je länger das Tageslicht auf die Pflanzen scheint, desto mehr Botenstoffe und Hormone werden produziert, die dafür sorgen, dass Pflanzen blühen.

Dem Tode nahe

Siebenschläfer, Igel, Fledermaus und Murmeltier sind typische Winterschläfer. Das heißt, sie fahren im Winter ihren Organismus extrem herunter, ihre Körpertemperatur sinkt ab und auch die Atmung geht zurück. Dabei sparen sie enorm Energie. Im Winterschlaf sind die Tiere dem Tod näher als dem Leben - bewegungslos verbringen sie die Wintermonate, ausgekühlt und erstarrt in einer geschützten Schlafhöhle.

Rückkehr ins Leben

Woher die schlafenden Tiere wissen, dass es Zeit ist, aufzuwachen, gehört noch zu den ungelösten Geheimnissen. Vielleicht sammeln sich über den Winter Stoffwechselprodukte im Körper an oder die steigenden Temperaturen wecken die Tiere auf. Eine volle Blase ist aber sicher nicht der Grund. Das Aufwachen dauert auf jeden Fall mehrere Stunden: Zuerst wird im Körper Fettgewebe verfeuert. Ab einer Körpertemperatur von etwa 15 Grad kommt das Muskelzittern dazu, damit die Tiere möglichst schnell wieder auf Betriebstemperatur kommen.

Auf nach Norden!

Zugvögel haben eine innere Uhr - sie richten sich kaum nach Tageslänge oder Temperatur, wenn sie zurück in den Norden fliegen. Sie ergreift die sogenannte "Zugunruhe" - sogar Singvögel, die in Käfigen gehalten werden, werden von ihr ergriffen. Flugrichtung und Flugdauer sind bei Zugvögeln genetisch festgelegt. Darum kann auch der Klimawandel für die Vögel ein Problem werden, wenn die sich nur nach ihrer inneren Uhr richten - aber die Jahreszeiten durch die Erderwärmung durcheinanderkommen.

Wie schaffen es Pflanzen, immer Richtung Licht zu wachsen?

Mit Schieflage gen Licht

Jetzt steht das kleine Geldbäumchen schon wieder ganz schief: total Richtung Fenster gebogen! Spätestens alle zwei Tage muss es gedreht werden, damit es einigermaßen gerade wächst. Doch immer wieder setzt es sich durch und schiebt sich in Richtung Fenster. Der Geldbaum will zum Licht. Warum - und wie schafft die Pflanze das?

Mehr Licht, ergiebigere Fotosynthese

So wie es sich bei Topfpflanzen am Fenster beobachten lässt, wachsen alle gesunden Pflanzen immer in Richtung des einfallenden Lichts. Dann können sie mit ihren Blättern möglichst viel Sonnenlicht einfangen und ihren Energiebedarf durch Fotosynthese optimal decken. Diese besondere Bewegung der Pflanzen hat Charles Darwin 1880 erstmals ausführlich beschrieben. Was sie dabei antreibt, das haben Forscher der Technischen Universität München (TUM) zusammen mit Kollegen der Université de Lausanne (UNIL) in der Schweiz jetzt erforscht.

Angetrieben vom Pflanzenhormon Auxin

"Pflanzen krümmen sich in die Richtung des stärksten Lichteinfalls. Sie bewerkstelligen das, indem sich die Zellen des Stamms auf der dem Licht abgewandten Seite verstärkt strecken", erklärt Claus Schwechheimer vom Lehrstuhl für Systembiologie der Pflanzen an der TUM. Diese Form des lichtgerichteten Wachstums nennt man Fototropismus. Die treibende Kraft hinter dieser Zellstreckung ist das Pflanzenhormon Auxin, das konnte das Forscherteam eindeutig klären.

Schleuser bringen Hormon ans Ziel

Auxin wird an der Sprossspitze gebildet und von dort aus von Zelle zu Zelle weitergeleitet. Über viele Zwischenstationen gelangt es so zu seinem Bestimmungsort. Dem Auxinfluss weisen wiederum Proteine den Weg: "Export- und Importproteine schleusen das Auxin aus der Zelle heraus, dann vom Zellzwischenraum wieder in die nächste Zelle, und so weiter - bis es letztlich an seinem Ziel ankommt", erklärt Schwechheimer. Nämlich in den Zellen auf der lichtabgewandten Seite. Die bekommen dank des Hormons Auxin einen Schub, strecken sich - und die Pflanze richtet sich zum Lichtsignal hin aus.

Das Grünzeug macht das also nicht, um uns zu ärgern, sondern um mehr Chlorophyll abzubekommen. Und wenn wir schmackhaftes Essen wittern, bewegen wir uns doch auch gern ein Stück. Geldbäumchen, soll ich dich heute wieder ein bisschen drehen?

Was hat es mit der Frühjahrsmüdigkeit auf sich?

Gähnender Gruß an die Sonne

Kaum erwachen die Tiere aus dem Winterschlaf, fangen wir Menschen ab März das Gähnen an. Doch was ist das eigentlich, Frühjahrsmüdigkeit?

Aufwachen nach dem "kleinen Winterschlaf"

So ganz genau ist die Frühjahrsmüdigkeit noch nicht erforscht, aber eines ist klar: Sie kommt nur in den geografischen Lagen vor, in denen es einen großen Unterschied in der Tageslänge von Winter und Sommer gibt. Wahrscheinlich hat das Ganze damit zu tun, dass sich unser Körper langsam vom Wintermodus auf den Sommermodus umstellt. Mit den längeren Tagen wird unser Hormonhaushalt durcheinandergewirbelt und manchmal springt der zurück von "Sommer" auf "Winter" - das macht müde.

Auch Tiere sind frühjahrsmüde

Übrigens können auch Tiere frühjahrsmüde sein: Hundebesitzer und Zoodirektoren beobachten zwischen März und April vermehrt gähnende Vierbeiner.

Wie schaffen es Pflanzen, immer Richtung Licht zu wachsen?

Mit Schieflage gen Licht

Jetzt steht das kleine Geldbäumchen schon wieder ganz schief: total Richtung Fenster gebogen! Spätestens alle zwei Tage muss es gedreht werden, damit es einigermaßen gerade wächst. Doch immer wieder setzt es sich durch und schiebt sich in Richtung Fenster. Der Geldbaum will zum Licht. Warum - und wie schafft die Pflanze das?

Mehr Licht, ergiebigere Fotosynthese

So wie es sich bei Topfpflanzen am Fenster beobachten lässt, wachsen alle gesunden Pflanzen immer in Richtung des einfallenden Lichts. Dann können sie mit ihren Blättern möglichst viel Sonnenlicht einfangen und ihren Energiebedarf durch Fotosynthese optimal decken. Diese besondere Bewegung der Pflanzen hat Charles Darwin 1880 erstmals ausführlich beschrieben. Was sie dabei antreibt, das haben Forscher der Technischen Universität München (TUM) zusammen mit Kollegen der Université de Lausanne (UNIL) in der Schweiz jetzt erforscht.

Angetrieben vom Pflanzenhormon Auxin

"Pflanzen krümmen sich in die Richtung des stärksten Lichteinfalls. Sie bewerkstelligen das, indem sich die Zellen des Stamms auf der dem Licht abgewandten Seite verstärkt strecken", erklärt Claus Schwechheimer vom Lehrstuhl für Systembiologie der Pflanzen an der TUM. Diese Form des lichtgerichteten Wachstums nennt man Fototropismus. Die treibende Kraft hinter dieser Zellstreckung ist das Pflanzenhormon Auxin, das konnte das Forscherteam eindeutig klären.

Schleuser bringen Hormon ans Ziel

Auxin wird an der Sprossspitze gebildet und von dort aus von Zelle zu Zelle weitergeleitet. Über viele Zwischenstationen gelangt es so zu seinem Bestimmungsort. Dem Auxinfluss weisen wiederum Proteine den Weg: "Export- und Importproteine schleusen das Auxin aus der Zelle heraus, dann vom Zellzwischenraum wieder in die nächste Zelle, und so weiter - bis es letztlich an seinem Ziel ankommt", erklärt Schwechheimer. Nämlich in den Zellen auf der lichtabgewandten Seite. Die bekommen dank des Hormons Auxin einen Schub, strecken sich - und die Pflanze richtet sich zum Lichtsignal hin aus.

Das Grünzeug macht das also nicht, um uns zu ärgern, sondern um mehr Chlorophyll abzubekommen. Und wenn wir schmackhaftes Essen wittern, bewegen wir uns doch auch gern ein Stück. Geldbäumchen, soll ich dich heute wieder ein bisschen drehen?

Wo war das Chlorophyll den Winter über?

Explosion in Zartgrün

Kaum sind die frostfreien Nächte vorbei, treiben die Bäume wieder aus: Erst beginnt die Apfel- und Kirschblüte und dann wagen sich die ersten zartgrünen Blätter hinaus ans Licht. Stellt sich die Frage: Wo war das Grün den Winter über?

Baum ohne Chlorophyll

Bis vor einigen Jahren wusste das keiner. Nur eines war klar: Im Herbst verschwinden weltweit jedes Jahr mehr als eine Milliarde Tonnen Chlorophyll aus der Natur. In den abgeworfenen Blättern ist es nicht, aber auch nicht im Stamm oder den Ästen. Es verschwindet scheinbar spurlos.

Schutz vor dem Zelltod

Doch wohin verschwindet es? Wenn die Blätter altern und sich im Herbst gelb und rot verfärben, dann werden die Eiweißstrukturen abgebaut, in denen das Chlorophyll eingebaut ist. Das Problem dabei: Freies Chlorophyll kann immer noch mit dem Sonnenlicht reagieren und dabei aggressiven Sauerstoff produzieren, der die Zellen zerstört.

Gefahrgut-Recycling

Die Lösung: Das Chlorophyll wird ebenfalls in seine Bestandteile zerlegt und in den dicken Stamm und die Äste transportiert. Dort lagert es dann bis zum Frühling.

Wiederaufbau im Frühjahr

Im Frühling transportieren die Bäume die Chlorphyll- und die Eiweißbestandteile zurück in die Blätter und bauen die Komplexe wieder zusammen. Die Fotosynthese kann wieder losgehen, in Zartgrün.

Wie riecht der Frühling?

"Italienischer Frühlingsmorgen kurz nach dem Regen"

"Ich habe einen Duft gefunden, der mich an einen italienischen Frühlingsmorgen kurz nach dem Regen erinnert", schrieb der Italiener Giovanni Maria Farina im Jahre 1708 aus Köln. Wichtigster Inhaltsstoff dieses Duftes war Bergamotte, eine durch Kreuzung entstandene Zitrusart. Farina kreierte damit das erste Markenparfüm der Geschichte und den erfolgreichsten Duft des 18. Jahrhunderts: das Eau de Cologne.

Zitrone, Bergnarzisse, Veilchen

Für Farina entsprach der Frühling dem Duft der blühenden Pflanzen seiner norditalienischen Heimat: Zitrone, Bergnarzisse, Veilchen. Seine Großmutter hatte ihn schon als Kind damit vertraut gemacht. Und so geht es im Grunde allen Menschen: Der Duft des Frühlings ist für sie das, was ihnen als Kind zu dieser Jahreszeit in die Nase gestiegen ist. Egal, was es war.

Gelernt, nicht geerbt

"Den Frühlingsduft haben die Menschen nicht in den Genen, sondern sie haben ihn erlernt, indem sie jedes Jahr, wenn's Frühling wird, einen bestimmten Duft wahrnehmen", erklärt der Duftforscher Hanns Hatt von der Ruhruniversität Bochum. "Dieser Duft wird verknüpft mit der Aussicht auf Frühling, auf Wärme. Das geschieht schon in der Kindheit."

Globalisierte Frühlingsgefühle

In Deutschland sind es oft bestimmte Blumen, die mit dem Frühling assoziiert werden, weil man sich zu dieser Zeit einen Strauß davon auf den Tisch stellt. "Dabei verbinden wir mit dem Frühling viele Pflanzen, die ursprünglich überhaupt nicht bei uns heimisch waren", erläutert die Biologin Gesche Hohlstein vom Botanischen Garten Berlin. So stammt die Hyazinthe aus Zentralasien - ebenso wie die wohl populärste Frühlingsblume, die Tulpe. Sie gelangte im 16. Jahrhundert über die Türkei nach Deutschland - und dann erst in die Niederlande.

Warme Sonnenstrahlen auf frostigem Boden

Der erste Frühlingsduft unmittelbar nach dem Ende des Winters im März stammt allerdings noch gar nicht von blühenden Veilchen, Narzissen oder Flieder. "Der erste Frühlingsduft beginnt viel früher", sagt Professor Hatt. "Wenn die ersten warmen Sonnenstrahlen den kalten, vielleicht noch gefrorenen Boden treffen, dann wird durch die Wärme Wasser freigesetzt, und die Moose und verrotteten Blätter und all diese Dinge geben aufgrund der höheren Temperatur ihre Duftstoffe in die Luft ab und werden mit dem Wasserdampf hochgerissen in unsere Nase."

Geruch von Moder und Scheuermittel

Das Ergebnis: fauliger Modergeruch! Eigentlich alles andere als angenehm, wie Hatt einräumen muss: "Dieser erste Frühlingsgeruch, wenn man so merkt: 'Ah, jetzt liegt der Frühling in der Luft!', der ist eigentlich gar nicht so toll." Weil das Gehirn die Information aus der Nase aber sofort mit einer angenehmen Erinnerung verknüpft, wird es doch als etwas Positives empfunden. Das kann auch für alle möglichen anderen Gerüche gelten. Wenn Mutter früher bei den ersten Sonnenstrahlen immer den großen Frühjahrsputz gemacht hat, dann kann der Geruch scharfer Scheuermittel ein Leben lang romantische Frühlingsgefühle wecken.

Manchen stinkt der Frühling

Umgekehrt gilt das allerdings auch: Wer die schöne Jahreszeit fürchtet, weil er zum Beispiel Pollenallergiker ist - mit anderen Worten: Wer den Frühling nicht riechen kann - für den duftet er nicht. Er stinkt. Und zwar durchgängig.

Warum ist Gähnen ansteckend?

Es zuckt im Kieferknochen

Wir müssen es nur von Weitem sehen und schon zuckt es in den Kieferknochen. Da hilft kein Zähnezusammenbeißen mehr: Ein herzhaftes Gähnen reißt uns den Mund auf. Warum ist es so ansteckend?

Lebenswichtiger Reflex

Bei Müdigkeit sinkt die Sauerstoffzufuhr ins Gehirn. Das tiefe Einatmen beim Gähnen erhöht sie wieder. Gähnen ist also lebenswichtig. Aber warum ist es ansteckend? Das verdanken wir unserer Fähigkeit, Gefühle anderer mitzuempfinden. Für unsere Vorfahren war die Ansteckung wichtig: Die ganze Horde sollte sich gleichzeitig zur Ruhe begeben.

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