Zehntausende von Organismen, von Pilzen über Schimmelpilze bis hin zu Hefen, fallen unter das Dach der Pilze. Einst einfach zu den Pflanzen gezählt, haben sich Pilze zu einem eigenen taxonomischen Reich entwickelt. Die verschiedenen Pilzarten sind vielfältig, mit vielen einzigartigen Eigenschaften: einige harmlos, einige nützlich und einige schädlich.
Klassifizierung von Pilzen
Es hat Jahrzehnte gedauert, als sich die Technologie verbesserte und die wissenschaftlichen Kenntnisse weiterentwickelten, um diese unzählige Gruppe von Organismen angemessen zu klassifizieren.
Noch in den 1960er Jahren wurden Pilze als Pflanzen betrachtet. Tatsächlich wurden zu dieser Zeit alle Organismen in nur zwei Gruppen oder Reiche eingeteilt: Pflanzen und Tiere. In einem 1969 in der Zeitschrift Science veröffentlichten Artikel erklärte der Ökologe Robert Whittaker die Grundlage dieses Zwei-Reiche-Systems. Für viele Jahrzehnte in der Geschichte waren die einzigen Lebewesen, die die Menschen um sich herum beobachteten, entweder die „verwurzelten“ Pflanzen, die ihre eigene Nahrung produzierten, oder bewegliche Tiere, die ihre Nahrung suchten. So wurde die Mobilität und die Art der Nahrungsbeschaffung zum Kriterium für ein Klassifizierungssystem. „Die Tiere bewegten sich, die Pflanzen nicht, und so blieben die Pilze bei den Pflanzen hängen“, sagt Tom Volk, Professor für Botanik an der University of Wisconsin-La Crosse.
Im Gegensatz zu Pflanzen enthalten Pilze jedoch nicht das grüne Pigment Chlorophyll und sind daher nicht in der Lage, Photosynthese zu betreiben. Das heißt, sie können ihre eigene Nahrung – Kohlenhydrate – nicht mit Hilfe der Energie des Lichts erzeugen. Damit ähneln sie in ihren Ernährungsgewohnheiten eher Tieren. Pilze müssen ihre Nahrung aus organischen Substanzen aufnehmen: aus Verbindungen, die Kohlenstoff enthalten, wie Kohlenhydrate, Fette oder Proteine.
Basierend auf diesen und anderen Eigenschaften schlug Whittaker 1969 vor, dass Pilze ein separates Königreich als Teil eines neuen Fünf-Königreich-Systems der Klassifizierung werden sollten. Die vorgeschlagene Klassifizierung umfasste eine große Anzahl von Arten. Darunter Pilze, Hefepilze, Schimmelpilze, Schleimpilze, Wasserschimmelpilze, Pusteblumen und Schimmelpilze.
Seitdem wurden das Klassifizierungssystem und das Pilzkönigreich weiter verfeinert. So wurden zum Beispiel Schleimpilze und Wasserschimmel in ein anderes Reich ausgelagert. Heute werden die Mitglieder des Reiches Fungi auch als „Echte Pilze“ bezeichnet.
Charakteristika von ‚echten Pilzen‘
Nach „Van Nostrand’s Scientific Encyclopedia, Vol 1, 10th Ed.“ (Wiley, 2008) haben die zahlreichen Pilzarten „sehr unterschiedliche Gewohnheiten und Eigenschaften“, und Verallgemeinerungen können schwierig sein. Dennoch gibt es einige wichtige Aspekte, die allen Mitgliedern des Pilzreichs gemeinsam sind.
Zellen: Pilze sind Eukaryoten, genau wie Pflanzen und Tiere. Das bedeutet, dass sie eine gut organisierte Zelle haben, die charakteristisch für alle Eukaryoten ist. Ihre DNA ist in einer zentralen Struktur eingekapselt, die Nukleus genannt wird (einige Zellen können mehrere Kerne haben, laut „Van Nostrand“). Sie haben auch eine spezialisierte zelluläre Maschinerie, die Organellen genannt wird, die verschiedene spezielle Funktionen wie Energieproduktion und Proteintransport ausführen.
Pilzzellen sind von zwei Schichten umhüllt: einer inneren Zellmembran und einer äußeren Zellwand. Diese beiden Schichten haben mehr mit Tieren als mit Pflanzen gemeinsam.
Wie tierische Zellmembranen bestehen auch die von Pilzen aus Proteinen und Fettmolekülen, den Lipiden. Darüber hinaus enthalten tierische Zellmembranen unterschiedliche Mengen an Cholesterin. In ähnlicher Weise enthalten Pilzmembranen ein einzigartiges Steroid namens Ergosterol, so Volk.
Pflanzenzellwände bestehen aus Zellulose, während Pilzzellwände Chitin enthalten, eine eindeutig nicht-pflanzliche Substanz. Tatsächlich bestehen die Exoskelette, also die äußere harte Schale verschiedener Gliederfüßer (Insekten und Krustentiere wie Krebse und Hummer) aus Chitin.
Struktur: Pilze können aus einer einzigen Zelle bestehen, wie bei den Hefen, oder aus mehreren Zellen, wie bei den Pilzen.
Die Körper von mehrzelligen Pilzen bestehen aus Zellen, die sich in Reihen zusammenschließen, die den Ästen von Bäumen ähneln. Jede einzelne verzweigte Struktur wird als Hyphe (Plural: Hyphen) bezeichnet. Meistens sitzen die einzelnen Zellen in Hyphen direkt nebeneinander in einer durchgehenden Linie (auch coenocytische Hyphen genannt), manchmal sind sie aber auch durch eine Querwand in Kompartimente getrennt (septierte Hyphen). Mehrere Hyphen greifen ineinander und bilden das Myzel, das laut „Van Nostrand“ den Pilzkörper ausmacht.
„Die Pilze sind die Könige der Oberfläche“, sagte Volk gegenüber LiveScience und erklärte, dass die Hyphen ihre Oberfläche vergrößern, um Nahrung aufzunehmen, die Verdauung zu erleichtern und auch um sich zu vermehren.
Nahrung: Da Pilze, wie bereits erwähnt, keine Photosynthese betreiben können, müssen sie Nährstoffe aus verschiedenen organischen Substanzen um sie herum aufnehmen. Das macht sie zu Heterotrophen, was wörtlich übersetzt „andere Ernährung“ bedeutet, so Volk.
Tiere sind ebenfalls Heterotrophe und müssen sich ihre Nahrung suchen. Doch bei ihnen findet die Verdauung im Inneren des Körpers statt. „Pilze sind anders“, so Volk gegenüber LiveScience. „Sie finden ihre Nahrung, schütten ihre Enzyme auf die Nahrung aus, und die Verdauung findet außerhalb ihres Körpers statt.“ Diese spezialisierten Verdauungsenzyme sind als Exoenzyme bekannt und werden von den Spitzen der wachsenden Hyphen auf ihre Umgebung abgesondert, erklärt Volk in der „Encyclopedia of Biodiversity, 2nd Ed.“ (Academic Press, 2013). Diese Enzyme sind der Hauptgrund, warum Pilze in der Lage sind, in verschiedenen Umgebungen zu gedeihen, von Holzoberflächen bis zum Inneren unseres Körpers.
Als Ergebnis der Exoenzym-Aktivität werden große Nahrungsmoleküle in kleinere zerlegt, die in die Hyphen gebracht werden. Innerhalb der Pilzzellen findet dann die Zellatmung statt. Das heißt, organische Moleküle wie Kohlenhydrate und Fettsäuren werden aufgespalten, um Energie in Form von ATP zu erzeugen.
Pilze haben mehrere Nahrungsquellen. Pilze, die sich von toten Organismen ernähren – und bei der Zersetzung helfen – werden als Saprophyten bezeichnet. Ernährt sich ein Pilz von einem lebenden Wirt, ohne ihn zu schädigen, nennt man ihn einen Symbionten oder Mutualisten. Flechten – Pilze und Algen zusammen – sind ein Beispiel für eine mutualistische Beziehung. Wenn sich ein Pilz von einem lebenden Wirt ernährt und ihm dabei schadet, dann ist er ein Parasit, so die „Enzyklopädie der Biodiversität“.
Vermehrung: Die verschiedenen Pilze sind in der Lage, sich ungeschlechtlich oder geschlechtlich fortzupflanzen. Bei beiden Verfahren können Sporen entstehen. Das sind spezielle Zellen, die, wenn sie in eine geeignete Umgebung abgegeben werden, einen neuen Pilzkörper entstehen lassen können. Sporen können laut der Utah State University durch Luft oder Wasser in neue Umgebungen getragen werden.
Die ungeschlechtliche Vermehrung erfolgt durch Mitose, wenn sich eine Pilzzelle teilt und identische genetische Kopien von sich selbst produziert. Bei einfacheren, einzelligen Pilzen wie Hefe ist dieser Vorgang als Knospung bekannt. In diesem Fall entsteht aus der Mutterzelle ein kleiner Ableger oder eine Knospe, die langsam größer wird. Der Zellkern teilt sich in zwei Teile und die Knospe spaltet sich ab, sobald sie die gleiche Größe wie die Mutterzelle erreicht hat. Mehrzellige Pilze wie Schimmelpilze hingegen vermehren sich durch die Bildung ungeschlechtlicher Sporen.
Die Dauer und der Zeitpunkt bestimmter Schritte der sexuellen Vermehrung variieren zwischen den Pilzarten sehr stark. Außerdem variieren auch die Fortpflanzungsstrukturen von Art zu Art. So sehr, dass diese morphologischen Unterschiede die Grundlage für die Einteilung des Pilzreichs in Untergruppen oder Phyla bilden, so die „Enzyklopädie der Biodiversität.“
Die geschlechtliche Fortpflanzung bei Pilzen erzeugt durch Meiose Sporen. Diese Sporen enthalten die Hälfte der Anzahl der elterlichen Chromosomen. Einmal freigesetzt, keimen die Sporen zu baumartigen Myzelien und sind bereit, sich zu „paaren“. Bei Pilzen, Puffballen und Fliegenpilzen ist das verzweigte Myzel (auch Primärmyzel genannt) in Segmente unterteilt, die einen einzelnen Kern enthalten. Die Paarung findet statt, wenn zwei Primärmyzelien miteinander in Kontakt kommen und ein Sekundärmyzel bilden. Jedes Segment des sekundären Myzels hat zwei Kerne: einen aus jedem ursprünglichen Segment. Die einzelnen Kerne haben noch die halbe Anzahl an Chromosomen wie die Mutterzelle. Im Laufe mehrerer Schritte verschmelzen die Kerne und es entstehen Zellen mit der ursprünglichen Chromosomenzahl. Danach beginnt der sexuelle Fortpflanzungszyklus erneut: Es kommt zur Meiose und es werden Sporen produziert, so „Van Nostrand“
Pilze und wir
Pilze sind untrennbar mit unserem Leben und unseren Lebensgrundlagen verbunden. Sie beeinflussen unsere Gesundheit, unsere Nahrung, die Industrie und die Landwirtschaft auf positive und ärgerliche Weise.
Pilze sind Quellen für wichtige Medikamente. Die Antibiotika Penicillin und Cephalosporin sowie das Medikament Cyclosporin, das gegen die Abstoßung von Transplantaten hilft, werden laut „Encyclopedia of Biodiversity“ von Pilzen produziert. Gleichzeitig produzieren Pilze aber auch Giftstoffe, sogenannte Mykotoxine, die für uns schädlich sind. „Fast alle Mykotoxine werden von Schimmelpilzen produziert“, so Volk. Zum Beispiel produzieren Aspergillus-Pilze, die auf Mais und Erdnüssen wachsen, Aflatoxine. Dieses Mykotoxin gilt als krebserregend und wird mit Leberkrebs in Verbindung gebracht.
Hefe (Saccharomyces cerevisiae) ist essentiell für die Gärung von Wein und Bier sowie für das Backen von luftigem Brot. Die charakteristische azurblaue Färbung von Blauschimmelkäse ist laut der „Enzyklopädie der Biodiversität“ auf die Sporenbildung des Pilzes Penicillium roquefortii zurückzuführen. Pilze wie Pfifferlinge und Morcheln sind schmackhafte Bereicherungen von Speisen. Doch Ruß- und Rostpilze (benannt nach dem kohligen und rostähnlichen Aussehen ihrer Sporen) zerstören laut „Van Nostrand“ routinemäßig Nahrungspflanzen und Pflanzen wie Bohnen, Gerste und Kiefern.
Wichtige wissenschaftliche Entdeckungen wurden mit Pilzen als Modellorganismen gemacht. Die Entdeckung, dass Gene die Expression von Enzymen steuern, und dass ein Gen ein Enzym steuert, war ein Ergebnis von Experimenten mit dem rosa Schimmelpilz Neurospora. Die Wissenschaftler George Beadle und Edward Tatum erhielten für diese Arbeit 1958 den Nobelpreis. Hefe wurde auch als Modellorganismus für die Beantwortung von Fragen auf dem Gebiet der Genetik verwendet. Laut einem 1997 in der Zeitschrift Science veröffentlichten Artikel kodieren viele Hefe- und Säugetiergen für ähnliche Proteine, was sie zu einem nützlichen Werkzeug für das Verständnis des menschlichen Genoms und von Krankheiten wie dem Werner-Syndrom macht.
Doch das, was wir heute über Pilze wissen und was wir mit Pilzen machen können, ist erst der Anfang von allem, was möglich ist. Wie Volk in der „Enzyklopädie der Biodiversität“ feststellt, gibt es 75.000 Pilzarten, die benannt sind. Doch diese Zahl repräsentiert vermutlich nur 5 Prozent der in der Natur vorkommenden Arten. „Über die Pilze ist relativ wenig bekannt, verglichen mit den Tieren und Pflanzen“, so Volk gegenüber LiveScience. „Es gibt immer noch eine Menge neuer Arten da draußen, die entdeckt werden müssen.“