Planten worden al eeuwenlang bij alle volkeren gebruikt als medicijn, een geneeswijze die de laatste jaren een heropleving kent. Ondanks het feit dat farmaceutische geneesmiddelen afgekeken zijn van de inhoudsstoffen van planten is er toch een enorm verschil. Heb je er al eens over nagedacht hoe het komt dat er bij plantenremedies geen nevenwerkingen zijn en bij farmaceutische geneesmiddelen wel en niet van de minste?  Inderdaad bij de plant is de actieve stof ingebed in andere stoffen waardoor geen onaangename neveneffecten ontstaan.

Een ander punt is dat men in de hedendaagse kruidengeneeskunde de producten gaat standaardiseren, dat wil zeggen dat men ervoor zorgt dat er een welbepaalde hoeveelheid van een bepaalde actieve stof inzit. Dit om de werkzaamheid beter onder controle te hebben want in een plant weet je nooit zeker hoeveel er van een bepaalde stof inzit.

Geeft deze evolutie ons wel de juiste manier om met planten en plantengeneeskunde om te gaan? Ik heb daar reeds lange tijd mijn vragen bij.

Daarom dit stukje over plantenchemie, geïnspireerd o.a. door het boek  The Lost Language of Plants met als ondertitel The Ecological  Importance of Plant Medicines to Life on Earth van Stephen Harrod Buhner, 2002.

Stijgend zuurstofgehalte

Ik wil beginnen met de gebeurtenissen van zowat 500 miljoen jaren geleden. De landplanten, zo’n 99 procent van de biomassa van de aarde, zorgen er sinds die tijd voor dat het leven op aarde zoals we het nu kennen mogelijk is. Aanvankelijk was het verschijnen van planten een zware ontregeling van de atmosfeer. Door hun ademhaling zorgden zij ervoor dat het 1 procent zuurstofgehalte van de atmosfeer voortdurend toenam tot zijn hedendaags niveau van 21%.

Planten ademen CO2 in en door de fotosynthese breken ze dit af in koolstof en zuurstofmoleculen. Ze houden de koolstof vast en ademen de zuurstof uit. De ideale hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer is minimaal 15% opdat vuur zou branden en waarbij grote landdieren gemakkelijk kunnen functioneren. Maar het moet onder de 25% blijven om ongecontroleerd ontvlammen te vermijden.

Door de toename van het zuurstofgehalte in de atmosfeer kon alles sneller groeien omdat chemische processen zo sneller verlopen. Dierlijke spieren die een minimum van 10% zuurstof nodig hebben begonnen zich te ontwikkelen. Afbraak van organisch materiaal gebeurde sneller, rotsen verweerden sneller door toenemend bacterieel leven.

Zonnepanelen

Planten hebben zich zodanig ontwikkeld dat het proces optimaal verloopt. De inplanting van bladeren is zodanig dat ze optimaal zonlicht opvangen op de bovenkant van bladeren en blaadjes. Een volwassen boom herbergt zo meerdere hectaren natuurlijke zonnepanelen. Aan de onderkant van de bladeren zijn kleine openingen, stomata, die de ademhaling van de plant voor hun rekening nemen. Deze stomata zijn eigenlijk minuscule longen. Rond de stomata ligt fijn weefsel dat toelaat dat elk stoma opent en sluit als dat nodig is. Dus eigenlijk ademen planten zoals wij.

Als een stoma vol is, sluit het zich en koolstofdioxide en andere bruikbare stoffen worden gescheiden van de lucht en opgenomen. De rest samen met de zuurstof van de afbraak van CO2 wordt terug in de atmosfeer vrijgelaten wanneer de stoma terug opent en uitademt. Dit proces loopt op de energie van de zon: ‘s nachts rusten de planten, fotosynthese stopt en de stomata blijven gesloten. Andere processen zoals bacteriële en dierlijke ademhaling en vuren stoppen niet ‘s nachts. Zo is er ‘s nachts meer koolstofdioxide en minder overdag. Zo ademt de Aarde in en uit in een cyclus van 24 uur.

Om hun luchtwegen vochtig te houden transpireren planten. Ze halen water diep uit de grond en ademen het uit als de stomata opengaan, bij uitademing dus. Volwassen bomen kunnen 100 liter water per uur uitademen, waardoor het in een bos koeler is dan erbuiten. Het is immers niet door de schaduw dat het er koeler is maar door het vocht dat continu uitgeademd wordt. Het ophalen van water gaat 24 uur door maar als ‘s nachts de stomata gesloten zijn, stapelen de bomen en de diep wortelende planten het water op net onder de grond. Een deel ervan zullen ze ‘s anderendaags gebruiken voor de uitademing maar ongeveer tweederde delen ze uit aan andere planten in hun omgeving. Bomen zorgen dus voor een deel van de waterbehoefte van hun gemeenschap. Vandaar als een bos gekapt wordt, dat de lucht en de grond beginnen uit te drogen, regen wordt zeldzamer, branden komen gemakkelijker voor en het land begint te veranderen in een woestijn.

Dit laatste idee wordt poëtisch maar dan in de omgekeerde versie weergegeven in het boekje De man die bomen plantte. Dat is het verhaal van een herder die o.a. eikels en beukennootjes verzamelt, sorteert en ze gaat planten  in een ontvolkt en uitgedroogd gebied. Door het verschijnen van de bomen ontstaat stilaan een vruchtbare plek met water en komen er weer mensen wonen.

De dans van de plantenchemie

De koolstofatomen die vrijkomen bij de afbraak van CO2 door fotosynthese vormen de ruggengraat van alle plantenchemie. Planten gebruiken deze koolstof samen met andere elementen om hun fysieke structuur op te bouwen: zowel de primaire stoffen zoals suiker en chlorofyl als de honderdduizenden, misschien zelfs miljoenen complexe secundaire stoffen zoals zuren, glycosiden en  zo meer.

Ook al zijn veel van deze componenten slechts in delen per miljoen of triljoen aanwezig, toch oefenen ze een betekenisvolle bio-activiteit uit. Hun bio-activiteit kan enorm toenemen wanneer ze gecombineerd worden.  Door complexe terugkoppelingssystemen merken planten voortdurend wat er in hun omgeving gebeurt en in antwoord daarop passen ze de aantallen, hoeveelheden en combinaties aan van de fytochemicaliën die ze aanmaken.

‘De mens ziet de ochtend als het begin van een nieuwe dag; het ontkiemen beschouwt hij als de start van een plant en het verwelken als het einde ervan. Maar dit is enkel gebaseerd op een vooringenomen oordeel van zijn kant. Natuur is een. Er is geen startpunt of einddoel, enkel een eindeloze stroom, een voortdurende metamorfose van alle dingen.’

– Fukuoka

De plant als zaad

We staan er meestal niet bij stil maar planten nemen heel wat voorzorgen om hun voortbestaan te verzekeren. Het lijkt zo eenvoudig en vanzelfsprekend: op een gegeven moment zijn de zaden rijp, we oogsten, ze vallen op de grond, ze waaien weg of komen terecht op een pels, blijven aan kleren hangen en vallen uiteindelijk ook op de grond. Daar ontkiemen ze en nieuwe planten groeien. Of we kopen zaden, leggen ze in de grond en voor de rest wachten we tot de kiemplantjes verschijnen.

Het lijkt zo eenvoudig omdat de planten zelf ervoor hebben gezorgd dat hun nakomelingen voldoende voorzien zijn om zoveel mogelijk problemen te voorkomen.

De planten steken de zaden vol chemische componenten om hen de beste kansen te bieden om te overleven tot ze ontkiemen en om daarna te kunnen starten in de beste omstandigheden. Deze chemische bestanddelen zitten niet enkel in het zaad maar ook in de pel of zaadhuid. De stoffen in de pel beschermen het zaad tegen de bodemorganismen. Daardoor kunnen sommige zaden vele jaren kiemkrachtig blijven in de bodem om pas te ontkiemen als de omstandigheden daarvoor geschikt zijn. Hun ‘coating’ beschermt ze niet enkel tegen bodemorganismen maar verhindert ook het ontkiemen zelf.

De zaden van een plant bevatten geen identieke samenstelling, de componenten en de dosis verschillen lichtjes. Op die manier verzekert de plant zich ervan dat de zaden, die in heel verschillende omstandigheden kunnen terechtkomen, een maximale kans krijgen om zich te ontwikkelen en dus voor de voortplanting van de plant te zorgen.

Al slapen de zaden, toch onderzoeken ze voortdurend hun omgeving om op het meest geschikte moment de kieming in gang te zetten.  Ze zetten chemische substanties vrij die het kiemproces sturen. Deze stoffen zijn werkzaam bij extreem lage concentraties van bijvoorbeeld minder dan 10 delen op 1.000.000.000.000 (10 per biljoen).

Doornappel bijvoorbeeld ontkiemt pas als er voldoende regen valt zodat de zaadhuid oplost. De alkaloïden uit de zaadhuid verspreiden zich in de bodem waar ze slechts een tot twee dagen werkzaam blijven. Dit is voldoende om plaats te maken voor ‘hun’ plantje.

Bij het ontkiemen zet het zaad enzymen vrij die het aanwezige zetmeel omzetten in suikers zodat het kan groeien tot het zelf aan fotosynthese kan doen. Omdat een ontkiemend plantje geen bescherming heeft van een ‘baarmoeder’ zorgt het zelf voor een veilige ruimte om zich te ontwikkelen. Zodra het kiemproces begint stelt het stoffen vrij die via het minuscule worteltje de omgeving steriel maken. Het beschermt zo zichzelf en maakt plaats in de bodem om de wortel te laten ontwikkelen. Deze stoffen die planten in de omgeving in hun groei remmen zijn slechts enkele dagen actief en moeten later opnieuw aangemaakt worden via de fotosynthese. Maar ze zijn lang genoeg aanwezig en in voldoende concentratie om het zaad te laten ontkiemen.

Alle nieuwe zaailingen hebben hun eigen types van stoffen om hen te helpen groeien. De feedbacklussen van de omgeving vertellen hen welke stoffen ze moeten vrijlaten en in welke dosis. Omwille van de grote diversiteit aan omstandigheden die een nieuwe zaailing kan ontmoeten, moet zijn chemische samenstelling in staat zijn weerstand te bieden aan een brede waaier van schimmels, microbieel leven en plantaardige substanties.

Welke methode een plant ook gebruikt, het resultaat is altijd hetzelfde: ruimte in de bodem voor de nieuwe zaailing.

De wortelzone

Als een zaadje ontkiemd is, breekt het door de grond en de fotosynthese begint. Dan begint het een totaal ander pakket aan chemische stoffen aan te maken en uit te sturen in de zone rond de wortels, ook rhizosfeer genoemd.
Het pakket bevat organische en anorganische componenten, vluchtig, wateroplosbaar of minder gemakkelijk te verspreiden zoals suikers, enzymen, vetten … Deze combinatie van stoffen is vrij goed te vergelijken met de samenstelling van de nectar in bloemen. Honderden stoffen in duizenden combinaties kunnen erbij worden betrokken via duizenden verschillende afgifteplaatsen op de wortels. Ofschoon beperkt in ruimte, hebben de wortels een extreem grote oppervlakte.

Een simpele roggeplant bijvoorbeeld heeft meer dan dertien miljoen worteltjes met in totaal een lengte van zo’n duizend en honderd kilometer. Elk worteltje is bedekt met wortelhaartjes, zo’n veertien biljoen bij de rogge met een totale lengte van zo’n tienduizend vijfhonderd kilometer.

Deze totale worteloppervlakte zet verschillende hoeveelheden chemische stoffen vrij op verschillende plaatsen en reguleert aldus strikt de plaatselijke levensgemeenschap gedurende het gehele leven van de plant. Deze stoffen bevorderen de groei van bacteriën en schimmels, stimuleren de ademhaling van de bodemorganismen, de groei van stikstoffixerende bacteriën, ze doen het aantal en de massa van stikstofknobbeltjes toenemen en dergelijke meer. En deze acties zijn niet toevallig en het gaat niet om toevallige bacteriën en schimmels.

Specifieke symbiose

Speciale soorten bacteriën hebben symbiotische verbindingen gemaakt met plantensoorten die al miljoenen jaren bestaan net zoals we dat kennen in het maagdarmkanaal en op de huid van de mens. De pas ontkiemde plant zet stoffen vrij die de specifieke bacteriën lokken naar de plaats waar de plant groeit. Bacteriën zijn zo afgestemd op deze chemische stoffen dat ze erop reageren zelfs als ze maar in delen per biljoen aanwezig zijn. Als deze bacteriën eenmaal het oppervlak van de wortel bedekken en de wortelzone innemen, hebben de pathogene bacteriën nog slechts weinig ruimte om te groeien. De plantbacteriën zijn soort specifiek. Als men twee willekeurige planten neemt met verschillende symbiotische populaties van bacteriën en hen herplant op elkaars plaats dan gaan de bacteriële kolonies in de bodem helemaal veranderen. In korte tijd zullen de planten de samenstelling van voor het verplanten rond zich hebben.

Met bacteriën

De planten zetten de stoffen in zulke combinaties en verhoudingen in de bodem vrij dat de gezondheid van hun bacteriële gemeenschap optimaal is. De bacteriën reageren hierop in natura. Sommige micro-organismen bijvoorbeeld leveren mineralen uit de bodem die de plant nodig heeft om te groeien zoals zink of stikstof. Plantbacteriën leveren ook specifieke stoffen die werkzaam zijn tegen ziekmakende bacteriën. Deze bacteriepopulaties werken op deze manier reeds 140 tot 700 miljoen jaar.

Hoe beter de bacteriële populatie zichzelf vestigt en hoe gezonder en actiever ze is, des te gezonder en beter groeit de plant.

Met schimmels

De jonge plant zet in de omgeving van de wortels stoffen vrij die de groei in gang zetten van mycelia die in de loop der tijden mee geëvolueerd zijn met die plantensoort. Die stoffen geven chemische aansporingen aan specifieke mycelium sporen om te ontkiemen, ze versterken hun groei en ze trekken op een krachtige manier alle symbiotische mycelia in de omgeving naar de nieuwe plant. Deze stoffen kunnen erg actief zijn, zelfs bij verdunningen van delen per biljoen. De mycelia lijken op fijne draadjes en groeien doorheen de bovenste lagen van de bodem waarbij ze zichzelf aan het oppervlak van de wortels van de zaailing bevestigen. Soms dringen ze door tot het wortelstelsel om een complexe symbiotische relatie tot stand te brengen die we mycorrhiza noemen. Deze relatie houdt stand gedurende het gehele leven van de plant.

De plant maakt door fotosynthese suikers en secundaire stoffen aan die de mycelia nodig hebben voor hun groei. De mycelia stellen in ruil hiervoor stoffen ter beschikking die de plant nodig heeft (de opname van stikstof en fosfaat kan met 7.000 percent toenemen). Ze maken polysacchariden aan die de immuniteit van de plant stimuleren en vergemakkelijken de chemische communicatie (door het mycelium netwerk) tussen al de planten in het gebied.

Zoals de symbiotische bacteriën, brengen de mycelia stoffen voort die de plant beschermen tegen pathogene schimmels die proberen het gebied binnen te dringen en schade aan te richten. Planten zoals de Douglas-spar kunnen in symbiose leven met mycelia van minstens veertig verschillende soorten schimmels. Myceliummatten die al de planten in een lokaal ecosysteem verbinden, kunnen soms honderden hectaren beslaan net onder het bodemoppervlak. Af en toe sturen de mycelia hun vruchtlichamen, die we paddenstoelen noemen, naar boven en verspreiden biljoenen sporen.

Bodemgezondheid door samenwerking

Alles wat de plant binnenkomt via de wortels en alles wat naar buiten gaat via de wortels moet doorheen de rhizosfeer. Er is een extreem complexe relatie tussen de plant en de microflora en –fauna in het gebied van de wortelzone. Geavanceerde biofeedbacklussen in beide richtingen bevatten informatie die de chemische productie van de plant bepaalt. Veel stoffen van laag molecuulgewicht die de plant voortbrengt worden uitgezweet in de rhizosfeer waar ze door organismen van de wortelzone worden omgezet in meer complexe zwaar molecuulgewicht stoffen zoals polymeren. Pas dan worden ze actief.

Veel van deze gewijzigde stoffen verbinden zich in de bodem met andere stoffen van planten en bodemorganismen tot humuszuren, een van de belangrijkste elementen voor de regeling van het ecosysteem en de bodemvruchtbaarheid. Bodemgezondheid is rechtstreeks afhankelijk van de gemeenschap van de wortelzone en de secundaire plantenstoffen, aangemaakt tijdens de fotosynthese. Deze rhizosfeergemeenschap is van het grootste belang voor het behoud van de gezondheid van de bacteriële onderbouw van het levensweb.

Plantenstoffen vrijgezet in geavanceerde complexen onderhouden deze gezondheid en verbinden de rhizosfeer met de zon door de activiteiten van de plant. De plant laat als bemiddelaar de soorten en de hoeveelheden van de geproduceerde fytochemicaliën toe- en afnemen in functie van het behoud van de optimale schaal van gezondheid van de bodemorganismen. Deze dynamiek verzekert op zijn beurt de plant van gezondheid en maximale groei.