Botenstoff

Begriff und Bedeutung

Botenstoffe, auch Signalstoffe, Infochemikalien oder Mediatoren genannt, sind chemische Stoffe, die bei Lebewesen der Signalübertragung oder der chemischen Kommunikation (Chemokommunikation) dienen. Sie können innerhalb eines einzelnen Organismus wirken, etwa als Hormone, oder über das einzelne Individuum hinaus als Semiochemikalien.

Botenstoffe ermöglichen das Zusammenspiel und die Kommunikation zwischen Zellen und Geweben. Bei Pflanzen steuern sie unter anderem Wachstum, Entwicklung und Schutz vor Krankheitserregern oder Fressfeinden. Auch zwischen verschiedenen Organismen werden häufig chemische Signale ausgetauscht.

Kommunikation zwischen Organismen

Semiochemikalien sind Botenstoffe, die Informationen zwischen Organismen übertragen. Man unterscheidet:

• Pheromone wirken zwischen Individuen derselben Art, also intraspezifisch.
• Allelochemikalien wirken zwischen Organismen mindestens zweier Arten, also interspezifisch.

Bei den Allelochemikalien werden drei Gruppen unterschieden: Allomone nützen dem Sender, Kairomone dem Empfänger und Synomone sowohl dem Sender als auch dem Empfänger.

Beispiele für interspezifische Wirkungen sind Pflanzen, die über bestimmte Allomone Parasiten von Pflanzenschädlingen anlocken, sowie eine Spinnenart, die mit einem Sexualpheromon Nachtfalter als Beute anlockt.

Klassen von Botenstoffen

Die Einteilung in Gruppen ist nicht immer eindeutig; zwischen den Gruppen gibt es gleitende Übergänge und die Zuordnung ist teilweise willkürlich.

• Hormone werden im Organismus gebildet und übermitteln Signale an Organe, Gewebe oder Zellgruppen, die mehr oder weniger weit vom Bildungsort entfernt liegen. Sie beeinflussen deren physiologische Funktionen nicht direkt, sondern beispielsweise durch eine Veränderung der Enzymkonzentration. Beispiele sind Adrenalin, Testosteron und Insulin.
• Neurotransmitter sind Botenstoffe des Nervensystems. Sie erregen oder hemmen Nervenzellen und wirken meist eng begrenzt und lokal. Neuropeptide, darunter Cytokine, können die Stärke bestimmter Reaktionen regulieren. Endorphine hemmen beispielsweise starke Schmerzen und können auch Glücksgefühle sowie Entspannung nach starken körperlichen Anstrengungen vermitteln.
• Parahormone erfüllen nicht alle Kriterien, die für die Definition eines Hormons notwendig sind. Kohlenstoffdioxid kann beispielsweise bei der Atmungsregulation als Kommunikationsstoff wirken.
• Pheromone werden in die Umgebung ausgeschieden und lösen einen bestimmten Effekt oder ein Verhalten aus. Im Gegensatz zu Allomonen wirken sie zwischen Individuen derselben Spezies. Sie können beispielsweise auch das Zusammenleben der Menschen beeinflussen.
• Phytohormone sind pflanzliche Botenstoffe, die Wachstums- und Differenzierungsprozesse beeinflussen. Auxine stimulieren in geringer Konzentration unter anderem Zellteilung und Zellstreckung. Ethylen ist an Wachstumsvorgängen und Stressreaktionen beteiligt.
• Kairomone sind Allelochemikalien, die ausschließlich dem aufnehmenden Organismus nützen. Pflanzenduftstoffe können beispielsweise Insekten den Weg zu einer Wirtspflanze als Nahrungsquelle zeigen.

Funktion, Wirkungsweise und Beispiele

Nach Funktion und Wirkung lassen sich Botenstoffe beziehungsweise Semiochemikalien außerdem nach der Art der ausgelösten Wirkung ordnen:

• Primerpheromone bewirken eine physiologische Veränderung und wirken innerhalb einer Art. Bei Bienen können Primerpheromone die Verhinderung des Aufziehens einer Königin durch die Königinnensubstanz bewirken.
• Releaserpheromone lösen eine Verhaltensänderung aus. Sexualpheromone sind ein Beispiel; allgemein können Releaser-Pheromone Lock- oder Warnstoffe sein und kurzfristig wirken. Nach einem Stich kann das Stachelpheromon von Honigbienen einen Massenangriff auslösen.
• Allomone verschaffen dem produzierenden Organismus einen Vorteil oder schaden dem Empfänger. Beispiele sind Antibiotika, Toxine und fraßhemmende Geschmacksstoffe bei Pflanzen.
• Kairomone nützen dem empfangenden Organismus.
• Synomone bieten sowohl dem produzierenden als auch dem empfangenden Organismus einen Vorteil, beispielsweise Blütenduft.
• Apneumone werden durch abiotische Substrate freigesetzt. Sie können für den Empfänger von Vorteil sein, für die Organismen, die das Substrat bewohnen, jedoch von Nachteil.

Beim Menschen wirken Hormone an Zellen oder Geweben. Sie können über ein Rezeptormolekül an der Zelloberfläche wirken; die Weiterleitung des Signals in die Zelle heißt Signaltransduktion. Andere Hormone, zum Beispiel Steroide, dringen in die Zelle ein und reagieren dort mit einem Rezeptorprotein, etwa Sexualhormone wie Androgene oder Estrogene. Schilddrüsen-Hormone, unter anderem Thyroglobulin, kontrollieren Stoffwechselvorgänge im Körper.

Bei Pflanzen können flüchtige organische Verbindungen die Biosynthese bestimmter Stoffe, etwa von Proteinase-Inhibitoren bei Tomaten, auslösen. Dadurch werden Wachstum und Entwicklung von Schädlingen verzögert. Maispflanzen können außerdem flüchtige organische Verbindungen wie Terpenoide bilden und aussenden, um Parasiten oder Verfolger von Schadinsekten anzulocken. Diese Beziehung wird als tritrophische Wechselwirkung bezeichnet.

Chemisch gehören viele Botenstoffe zu den Peptiden, Steroiden, Aminosäurederivaten, Isoprenderivaten oder Aldehyden wie Benzaldehyd und Salicylaldehyd. Weitere Beispiele sind Säuren wie Benzoesäure.