Lebensweisen der Pilze

Die meisten Pilzfreunde verbinden mit Mykorrhiza-Pilzen zuerst die Röhrlinge, von denen viele an bestimmte Baumarten gebunden sind. Das Pilzmyzel bildet dabei ein dichtes Netz um die Pflanzenwurzel („Ektomykorrhiza“, EcM), um dort Wasser, Mineralstoffe und Stickstoffverbindungen gegen Zucker einzutauschen.

Ektomykorrhiza betreiben dagegen nur etwa 2.000 Pflanzenarten, dafür aber 5.000 Pilzarten (überwiegend Basidiomycota). In Waldbiotopen außerhalb der Tropen dominiert diese Form. Durch die Mykorrhiza bilden die Pilze ein Netzwerk, das die umliegenden Waldbäume miteinander verbindet. Über dieses Pilz-Netzwerk tauschen die Bäume untereinander Nährstoffe und Nachrichten aus, sogar organische Stoffe zwischen verschiedenen Baumarten, wie neue Studien der Uni Basel belegen (siehe den Science-Report „Belowground carbon trade among tall trees in a temperate forest“). Für dieses Netzwerk wurde der Begriff „Wood Wide Web“ geprägt.

Heidekrautgewächse haben wiederum ihre eigene Form der Mykorrhiza, Orchideen nutzen sie aus, um Pilze zu schmarotzen, und es gibt Pflanzen ohne Blattgrün, die Mykorrhizen als Parasiten bewohnen. Vieles ist noch ungeklärt, so gibt es bei Saftlingen erste Indizien, dass auch sie eng mit Pflanzen interagieren.
Doch obwohl Mykorrhiza nicht nur für die Gesundheit des Waldes, sondern auch für den Ernteerfolg auf den Äckern verantwortlich ist, weiß man eigentlich noch sehr wenig darüber, wie sie auf molekularer Ebene funktioniert. Viel Raum für weitere Forschung.

Holz ist ein kompliziertes Verbundmaterial aus der faserigen und biegsamen Zellulose und dem brüchigen aber festen Lignin. Lignin abzubauen ist dabei eine besondere Kunst, die nur einige Pilze beherrschen und damit die sogenannte Weißfäule bewirken.

Saprobiontische Pilze sind also in jedem Lebensraum ein fester Bestandteil des Ökosystems. Die moderne Angewohnheit, Rabatten und Spielplätze mit Rindenmulch und Holzhäckseln zu belegen, hat einer Reihe an kulturfolgenden Pilzen einen neuen Lebensraum eröffnet.

Pilze können jeden Typ organischen Materials zersetzen – Champignons (Agaricus bisporus) werden klassisch auf Pferdemist gezüchtet, Austernpilze (Pleurotus ostreatus) auf Stroh. Der Spaltblättling (Schizophyllum commune) kann bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem sogar den Nasenknorpel befallen. Der Kerosinpilz (Amorphotheca resinae) lebt in Treibstofftanks von Flugzeugen und Schiffen.

Manche Pilze greifen auch lebende Organismen an und töten sie ab, um sich dann saprobiontisch von den toten Zellen zu ernähren. Solche „nekrotrophen Parasiten“ bilden den Übergang zum nächsten Kapitel. Typische Beispiele sind Hallimasche (Armillaria sp.) auf verholzten Pflanzen und Kernkeulen (Cordyceps sp.) auf Insekten und Spinnen.

Pilze, die organisches Material abbauen, lassen sich leicht züchten. Zudem sind Pilze „gute Chemiker“, die eine Vielzahl an Inhaltsstoffen produzieren. Daher werden sie für die biotechnische Gewinnung vieler Stoffe wie Enzyme verwendet. Das Potential für weitere Anwendungen ist noch bei weiten nicht ausgeschöpft.

Pilze, die auf Pflanzen parasitieren, können riesige Schäden in der Landwirtschaft verursachen. Die Reisbräune (Magnaporthe oryzae) vernichtet weltweit jährlich mehrere Prozent der Reisernte.

Durch diese wirtschaftliche Bedeutung werden phythopathogene Pilze etwas intensiver erforscht als andere Pilzarten. Kern der Forschung ist dabei die Pilz-Pflanze-Interaktion: wie gelingt es dem Pilz, das Immunsystem der Pflanze zu überlisten? Welche Abwehrmechanismen entwickelt die Pflanze? Parasitische Pilze sind hoch spezialisiert und haben sich in Jahrmillionen an Ko-Evolution mit den Pflanzen zusammen entwickelt. Das „Wettrüsten“ zwischen Infektion und Resistenz ist dabei ein Treiber der Evolution. Die genetischen Methoden eröffnen der Wissenschaft neue Einblicke in dieses Zusammenspiel.

Die Wirtspflanze zu vernichten, ist dabei eigentlich keine gute Überlebensstrategie für den Pilz. Massen-Infektionen sind nur eine Folge der vom Menschen erzeugten Monokultur. In der Natur dezimieren phythopathogene Pilze die häufigen Pflanzenarten, und geben damit selteneren Arten eine Chance und fördern somit die Artenvielfalt. Die Grenzen zwischen Parasitismus und Symbiose sind zudem fließend: Der Gras-Kernpilz (Epichloe typhina) lebt z. B. im Inneren von Gräsern und bildet Giftstoffe, die das Gras vor Fraßfeinden schützt. Auch das Mutterkorn (Claviceps purpurea) hat früher die Ernten nicht durch Schädigung der Getreidepflanze vernichtet, sondern durch die nervengiftigen Alkaloide für den Menschen unbrauchbar gemacht.

Flechten sind Pilze, die sich eine Alge oder Cyanobakterie als „Zuckerfabrik“ halten. Um es noch komplizierter zu machen: In einigen Flechten scheint auch noch eine Basidiomyceten-Hefe eine wichtige Rolle zu spielen – welche, ist jedoch noch nicht erforscht.

Auf Luftschadstoffe reagieren viele Flechten dagegen sehr empfindlich, und dienen daher als Bio-Indikatoren im Monitoring.

Flechten werden auch aufgrund ihrer Inhaltsstoffe verwendet und erforscht: Das Destillat von „Eichenmoos“ (Evernia prunastri) ist ein unverzichtbarer Bestandteil vieler Parfüms, wenn auch wegen gelegentlich allergener Eigenschaften etwas in Verruf geraten. Der Farbstoff der Lackmusflechten (Roccella tinctoria u. a.) dient als Säure-Base-Indikator – der „Lackmustest“ wurde aus dem Chemieunterricht in den allgemeinen Sprachgebrauch übernommen.

Von allen Lebensformen mit einem echten Zellkern sind Pilze am weitesten verbreitet. Im Wasser und auf dem Land haben sich Pilze selbst in äußerst lebensfeindlichen Habitaten angesiedelt. Entsprechend vielfältig sind ihre Rollen in den unterschiedlichen Ökosystemen.

Eine herausragende Rolle in den Ökosystemen nehmen die Mykorrhizen ein – Symbiosen zwischen Pilzen und Pflanzen, bei denen die Pilze von den durch Pflanzen erzeugten Zuckerverbindungen profitieren, die Pflanzen wiederum von Wasser und Mineralstoffverbindungen, die von Pilzen geliefert werden. Wälder, Wiesen und auch Ackerflächen könnten ohne Mykorrhizen nicht existieren. Pilze unterstützen auf diese Weise „Primärproduzenten“, also Lebewesen, die mittels Photosynthese die Lebensgrundlage für Tiere und damit auch für uns Menschen schaffen.

Viele Tierarten bedürfen für ihre Ernährung einer Kooperation mit Pilzen. Im Verdauungstrakt pflanzenfressender Wirbeltiere, wie dem unserer Kühe, helfen mikroskopisch kleine, einzellige Pilze aus der Verwandtschaft der Vielgeißelpilze (Neocallimastigomycota), schwerverdauliches Gras zu verwerten.

Die Konsequenz für uns Menschen ist, dass Getreide- und Obstbau, Waldwirtschaft und Milchwirtschaft direkt von den Ökosystem-Dienstleistungen der Pilze abhängig sind.

Im tropischen Amerika leben Ameisenarten, die in unterirdischen Bauten Blätter kompostieren, auf ihnen Pilze züchten und dann von speziellen Organen dieser Pilze leben. Eine ähnliche Lebensgemeinschaft findet man bei Termiten in Afrika. Auch viele in Holz lebende Käfer nutzen die Hilfe von Pilzen, um ihrer Brut unverdauliche Substanzen aus dem Holz zu erschließen.

Parasiten schmarotzen auf anderen Lebewesen, ohne ihrem „Wirt“ eine Gegenleistung dafür zu erbringen. Ihre Rolle im Ökosystem besteht in der Dezimierung von dominanten Arten, wodurch konkurrenzschwächere Lebewesen bessere Überlebenschancen haben. Damit regulieren Parasiten die Artzusammensetzung und fördern die Artenvielfalt. Da Wirt und Parasit in einer engen Wechselbeziehung leben und sich miteinander ständig weiterentwickeln, sind Parasiten auch Antrieb für die Evolution.

Die Grenze zwischen Schmarotzern und Folgezersetzern, also Parasiten und Saprobionten, ist im Pilzreich nicht eindeutig und zeigt viele Übergänge. Ein Beispiel ist der Zunderschwamm mit seinen mehrjährigen Fruchtkörpern. Er kann sein Dasein als Parasit auf Rotbuche oder Birke beginnen und noch viele Jahre, nachdem der Baum abgestorben ist, auf ihm weiterwachsen. Er verursacht eine Weißfäule und verwandelt das Holz langsam in Humus.

Pilzmyzelien sind ein wichtiger Bestandteil der Biomasse in Böden. In etwa 1 kg landwirtschaftlich genutzten Bodens kann die Gesamtlänge der Myzelien bis zu 300 m betragen, in der Streu von Waldboden bis zu einigen Kilometern. Pilzhyphen können Stoffe ausscheiden (Exopolysaccharide wie Glomalin), die Bodenpartikel verkleben und so für eine bessere Wasserbindekapazität und bessere Resistenz gegen Erosion sorgen. Bei der Bodenbildung kommt manchen auf Gestein oder Erde lebenden Flechten eine wichtige Rolle zu: Sie sondern Flechtensäuren ab, die Gestein teilweise auflösen können und Mineralverbindungen freisetzen.

Flechten sind Symbiosen zwischen einem Pilz und einer Alge und/oder einem Cyanobakterium. Sie können sehr lebensfeindliche Gebiete wie Wüsten oder Hochgebirge besiedeln. Keiner der Partner könnte in diesen Habitaten allein überleben – nur die Symbiose macht es möglich: Der Pilz bietet mit seinen Hyphen der Alge Schutz vor Trockenheit, Kälte, Hitze und starker UV-Strahlung. Die Alge kann dadurch mit sehr geringen Wassermengen überleben und produziert Zucker über Photosynthese, was den Pilz ernährt. So wird diese Symbiose zum Primärproduzenten und Pionier in lebensfeindlicher Umwelt. Viele Klein- und Kleinstlebewesen können Flechten besiedeln und finden so ebenfalls einen sonst unzugänglichen Lebensraum.