Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Wie Algen überschüssige Lichtenergie unschädlich machen

nächste Meldung

Pflanzen sind auf das Sonnenlicht angewiesen, um zu wachsen. Mithilfe der Lichtenergie erzeugen sie Zuckermoleküle, die in Bausteine ihrer Zellen umgewandelt werden und als Energielieferanten dienen. Dabei entziehen Pflanzen der Atmosphäre Kohlendioxid und geben Sauerstoff ab.

Dieser Prozess - die Fotosynthese - ist die Grundlage des Lebens auf der Erde. "Die Fotosynthese liefert die pflanzliche Biomasse und damit die Ernährungsgrundlage für Mensch und Tier", sagt Prof. Dr. Michael Hippler vom Institut für Biochemie und Biotechnologie der Pflanzen der Universität Münster.

Doch die Verwendung von Lichtenergie zum Aufbau von Biomasse ist für Pflanzen eine Gratwanderung. Die Aufnahme von Licht durch zelluläre Pigmentmoleküle, zum Beispiel durch den grünen Blattfarbstoff Chlorophyll, kann zur Produktion von Sauerstoffradikalen und damit zu Schäden in Pflanzen führen. "Um sich vor solch oxidativer Zerstörung - gewissermaßen vor 'Sonnenbrand' - zu schützen, haben Pflanzen Mechanismen entwickelt, die überschüssige Lichtenergie in Wärmeenergie umwandeln. Obwohl Algen einen großen Anteil an der weltweiten Produktion von Biomasse haben, war über diesen Schutzmechanismus in Algen bislang wenig bekannt - im Gegensatz zu Blütenpflanzen", so Prof. Hippler. Ein internationales Team von Wissenschaftlern um Prof. Hippler und Prof. Kris Niyogi von der "University of California" in Berkeley, USA, hat diesen Sonnenschutzmechanismus in der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii nun aufgeklärt.

Der Sonnenschutzfaktor ist ein bestimmtes Lichtsammler-Protein ("LHCSR3"). "Im Allgemeinen sammeln solche Proteine Licht - wie ihr Name schon sagt - und machen es für die Fotosynthese nutzbar. In diesem besonderen Fall erlaubt das Protein allerdings die Umwandlung von Licht- in Wärmeenergie. Dadurch macht es überschüssige Lichtenergie unschädlich", sagt Prof. Hippler. "Im Vergleich zu den herkömmlichen Lichtsammler-Proteinen hat 'LHCSR3' einen sehr alten Ursprung. Es stammt wahrscheinlich direkt vom Urahn aller Lichtsammler-Proteine ab." Wird die Herstellung dieses Proteins verhindert, sind die Algen nicht mehr in der Lage, den Sonnenschutzfaktor zu produzieren. Sie bekommen dann "Sonnenbrand", der sogar zum Absterben der Algenzellen führen kann.

"Interessanterweise haben Blütenpflanzen diese Eiweißmoleküle im Laufe der Evolution verloren und einen anderen Sonnenschutzmechanismus entwickelt, bei dem ebenfalls Licht- in Wärmeenergie umgewandelt wird", so Prof. Hippler. "Die Entdeckung des Sonnenschutzfaktors in Algen erlaubt tiefe Einblicke in die Regulation der aquatischen Fotosynthese, die für 50 Prozent der weltweiten Primärproduktion an Biomasse verantwortlich ist." Zudem, so Prof. Hippler, könnten die Erkenntnisse dazu genutzt werden, die Anzucht von Mikroalgen in Bioreaktoren zu optimieren. So könne die biotechnologische Produktion von Algenbiomasse, zum Beispiel zur Herstellung von Biokraftstoffen, verbessert werden.

Literatur:

Peers G. et al. (2009): An ancient light-harvesting protein is critical for the regulation of algal photosynthesis. Nature 462, 518-521; doi: 10.1038/nature08587

Dr. Christina Heimken | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenster.de/hippler/
http://www.nature.com/nature/journal/v462/n7272/full/nature08587.html

nächste Meldung

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...