Die Zelle als wachstumsfähiges System

Zusammenfassung

Wachstum, d. h. irreversible Volumenvergrößerung, ist eine Grundeigenschaft der Zelle. Pflanzliche Zellen wachsen durch Wasseraufnahme, die durch eine irreversible (plastische) Dehnung der durch den Turgordruck elastisch gespannten Zellwand ermöglicht wird, hydraulisches Wachstum. Dieser Prozeß läßt sich durch eine einfache Beziehung auf der biophysikalischen Ebene quantitativ beschreiben. Das Zellwachstum wird ausgelöst durch eine irreversible Relaxation der Wandspannung, also durch eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Wand. Der zu postulierende biochemische Lockerungsprozeß im Gefüge der Zellwandpolymere konnte trotz intensiver Bemühungen bis heute noch nicht aufgeklärt werden. Eine wichtige Rolle für die Richtung der Zellwanddehnung, und damit für die spezifische Zellform, spielt die Orientierung der Cellulosemikrofibrillen in der Wand, welche ihrerseits vom corticalen Mikrotubulisystem auf der Innenseite der Plasmamembran festgelegt wird. Die Zelldehnung erfolgt stets senkrecht zur Vorzugsrichtung der Mikrofibrillen. Werden die Mikrotubuli durch Colchicin zerstört, so kann die spezifische Zellgestalt beim Wachstum nicht mehr aufrecht erhalten werden; die Zelle strebt den Zustand niedrigster Energie, die Kugelgestalt, an. Bei vielzelligen Organen wird das Wachstum durch spezielle, wachstumslimitierende Gewebe kontrolliert, welche im Organverband zu Gewebespannungen führen. Bei Sproßorganen besitzt oft die Epidermis diese Funktion, bei der Wurzel die inneren Gewebe. Organwachstum ist nicht eine Eigenschaft der einzelnen Zellen, sondern eine Systemeigenschaft des vielzelligen Organs, in dem verschiedene Gewebe in geordneter Weise zusammenwirken. Dies wird z.B.beim Streckungswachstum von Internodien und Wurzelspitzen, bei der Bildung von Blattprimordien am Sproßapex und beim Kontraktionswachstum von Zugwurzeln deutlich.