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Kontrollierte Explosion – Früchte des Springkrauts
von Reinhard Junker
Studium Integrale Journal
26. Jahrgang / Heft 2 - Oktober 2019
Seite 93 - 95
Zusammenfassung: Der Faszination explosiver Früchte kann man sich kaum entziehen. Bekanntes Beispiel sind die Kapseln des heimischen Großen Springkrauts. Diese Art trägt sogar in ihrem Artnamen den Hinweis auf ihre Empfindlichkeit bei Fruchtreife. Wie es zu den Explosionen der reifen Früchte kommt, haben genauere Untersuchungen offenbart.
Abb. 1: Das eingeschleppte Indische Springkraut (Impatiens glandulifera) mit Blüten und Früchten. (Foto: R. Junker)
Impatiens noli-tangere! „Rühr-(mich-)nicht-an!“ Ein ungewöhnlicher Name für eine Pflanze – ein Imperativ („noli tangere“) im wissenschaftlichen Artnamen für das Große Springkraut. Diese ungewöhnliche, gelb blühende Pflanze (Abb. 2) mag schattig-feuchte bis nasse Standorte im Wald. Bei längerer Sonneneinstrahlung schützt sie sich durch vorübergehendes Welken, um erneut im vollen Saft zu stehen, sobald sie wieder beschattet ist. Neben dem Großen Springkraut ist auch das Kleine Springkraut (Impatiens parviflora) in unseren Wäldern anzutreffen. Mittlerweile am bekanntesten dürfte aber das Indische oder Drüsige Springkraut (Impatiens glandulifera) sein (Abb. 1), das sich in manchen Gegenden seit seiner Einschleppung im 19. Jahrhundert vor allem an Flussufern und in feuchten Wäldern stark ausgebreitet hat. Anders als bei den anderen beiden Arten sind seine Blüten purpurrot, gelegentlich auch rosa oder fast weiß.
Abb. 2: Großes Springkraut (Impatiens noli-tangere). (Foto: Prof. emeritus Hans Schneider, CC BY-SA 3.0) 
Abb. 3: Aufgeplatzte Früchte des Indischen Springkrauts. (Foto: Pixabay)
Warum soll man diese Pflanzen „nicht anrühren“? Der Grund sind die explosiven Früchte, die im reifen Zustand schon bei leichter Berührung oder beim Schütteln der Pflanze platzen und ihre Samen blitzschnell meterweit ausschleudern – so schnell, dass man keine Chance hat, mit dem bloßen Auge den Vorgang zu verfolgen. Die fünf länglichen Seitenwände der obeliskenförmigen reifen Frucht (Abb. 3) ringeln sich dabei uhrfederartig auf. Nicht nur Kinder können ihren Spaß an diesen sonderbaren Früchten haben.
Man ahnt, dass für diesen Schleudermechanismus ein ausgeklügelter Bau samt besonderer Physiologie erforderlich sein muss. Diesen Mechanismus beschrieb H. Joachim Schlichting (2016) in Spektrum der Wissenschaft; Details gehen auf Untersuchungen von Deegan (2012) zurück. Die fünf Seitenwände der Frucht (Fruchtklappen) stehen bei Samenreife unter enormer Spannung. Man kann sich von dieser Spannung überzeugen, wenn man versucht, die zusammengerollten Spiralen wieder geradezubiegen. Das geht nur gegen großen Widerstand. Natürlich dürfen sich die Fruchtwandteile nicht vorzeitig (vor der Samenreife) verformen. Das wird dadurch verhindert, dass sie symmetrisch aneinandergefügt sind, was die Kräfte gleichmäßig verteilt, und dass sie an festen Nähten verwachsen sind. Die Nähte werden jedoch im Laufe der Zeit zunehmend schwächer und entwickeln sich zu Sollbruchstellen, bis schließlich schon ein kurzer Riss in einer der fünf Fugen genügt, um das ganze Gebilde auseinanderreißen zu lassen. Dieser Vorgang dauert gerade einmal 1⁄4 Millisekunde – kein Wunder, dass unser Auge hier „nichts“ sieht. Schlichting spricht von einer „konzertierten Aktion“, durch die eine maximale Beschleunigung der Samen und damit eine maximale Entfernung von deren Ursprungsplatz erreicht werden kann.
Schlichting erklärt weiter: „Entscheidend für diese Koordination ist eine Verbindung der gespannten Streifen durch flexible Membranen im unteren Teil. Wenn eine der Fugen bricht und sich die beiden daran angrenzenden Teile bewegen, drücken sie die Membranen auseinander. Das wiederum zieht an den übrigen Verbindungsstellen und löst auch sie.“ Beim Zusammenschnurren der fünf Teile wird der gemeinsame Boden mitsamt den 5-10 Samenkörnern hochgeschleudert. Die Samen wiegen etwa 20 Milligramm und hängen locker an einem dünnen zentralen Strang. Während die Fruchtwandteile aufgerollt zur Ruhe kommen, fliegen die Samen aufgrund ihrer Trägheit weiter in die Luft.
Abb. 4: Aufgeplatzte Schote des Behaarten Schaumkrauts (Cardamine hirsuta). Die Fruchtwände sind zusammengerollt; die falsche Scheidewand verbleibt am Fruchtstiel. (Foto: R. Junker)
Schlichting berichtet von eigenen Versuchen, die „Schussweite“ zu bestimmen. Er stellte fest, dass die Samen bei Windstille bis zu 1,8 Meter weit fliegen können, wobei manchmal die ausladenden Blätter zusätzlich als Sprungbretter genutzt werden. Als Startgeschwindigkeit berechnete er ca. 3,3 Meter pro Sekunde. Physikalische Berechnungen von Deegan zeigten des Weiteren, dass ein „äußerst effektiver Mechanismus“ verwirklicht ist und dass der Wirkungsgrad, mit dem die elastische Energie in Wurfenergie umgewandelt wird, verblüffend hoch ist. Schöpfungstechnik schlägt menschliche Technik – wie so oft.
Die Geschwindigkeit physiologischer Prozesse (z. B. enzymatische Reaktionen) reicht nicht aus, um die kurze Auslösezeit von 250 Mikrosekunden erklären zu können, erklärt Schlichting weiter. „Vielmehr baut sich die mechanische Spannung im Verlauf des Kapselwachstums auf und erreicht ihr Maximum zur Zeit der Reife. Dabei dürfte die Druckverteilung des Zellsafts in den Streifen eine wesentliche Rolle spielen.“
Schöpfungstechnik schlägt menschliche Technik – wie so oft.
Weitere Beispiele von Selbstausstreuung
Selbstausstreuung gibt es auch bei einer Reihe weiterer mit dem Springkraut nicht näher verwandter Arten. Erwähnt seien aus der heimischen Flora die schnabelartig langen Früchte vieler Storchschnabel-Arten, die Hülsenfrüchte z. B. des Besenginsters oder die langgestreckten Schoten der Schaumkraut-Arten (z. B. des bekannten Wiesen-Schaumkrauts; vgl. Hofhuis et al. 2016; Abb. 4). Während Letzteres wie das Springkraut zu den Saftdruckstreuern gehört, sind Besenginster und Storchschnabel Austrocknungsstreuer; d. h. die Spannung baut sich in den Fruchtwänden nicht durch hohen Zellsaftdruck auf, sondern durch Austrocknen, was zu Spannungen zwischen verschiedenen Zellwandlagen führt. Gemeinsam ist den beiden sehr verschiedenen Techniken das Vorhandensein von Sollbruchstellen, deren Kraft zunehmend schwächer wird, was schließlich zur explosiven Entladung der Spannung führt. Die betreffenden Arten sind nicht näher verwandt; die Selbstausstreumechanismen müssen unabhängig (konvergent) entstanden sein. Sie sind schon einzeln angesichts des verwirklichten Knowhows ein Schöpfungsindiz, und für die Wiederkehr derselben Ideen gilt das erst recht.
Finessing the fracture energy barrier in ballistic seed dispersal. Proc. Natl. Acad. Sci. 109, 5166–5169.
Vorsicht! Explodierende Samenkapseln. Spektrum der Wissenschaft Heft 9/16, S. 74–75.
Morphomechanical innovation drives explosive seed dispersal. Cell 166, 222–233.
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