Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Pflanzen per Photosynthese die Umwelt "erspüren"

09.07.2003


Der Biologe Dr. Thomas Pfannschmidt von der Universität Jena bei der Vorbereitung von Proteinproben für weitere vergleichende Analysen. (Foto: Scheere/FSU-Fotozentrum)


Biologe der Universität Jena beweist: Photosynthese stellt einen empfindlichen Umweltsensor dar


Leben ist auf der Erde nicht denkbar ohne Photosynthese. Ob Nahrungsmittel, fossile oder biologische Brennstoffe, sie entstammen diesem fundamentalen biologischen Prozess, bei dem Pflanzen das Sonnenlicht in Energie umwandeln. Seit gut 200 Jahren erforschen Wissenschaftler die Photosynthese. Doch erst seit kurzem beginnen die Experten zu verstehen, dass dieser Prozess nicht alleine die Energie für das pflanzliche Wachstum liefert. Die Photosynthese leistet weit mehr, wie PD Dr. Thomas Pfannschmidt vom Institut für Allgemeine Botanik und Pflanzenphysiologie der Universität Jena in seiner jüngst abgeschlossenen Habilitation zeigen konnte. Der Jenaer Biologe und seine Kollegen sind sich sicher, dass die Photosynthese einen empfindlichen Umweltsensor darstellt, der präzise auf das Wasserangebot, die Lichtqualität, den CO2-Gehalt der Atmosphäre und die Versorgung mit Nährstoffen reagiert.

Wie verarbeitet die Photosynthese Informationen über ihre Umwelt und wie schafft sie es, auf Veränderungen quasi "intelligent" zu reagieren? "Die Photosynthese findet in einer hoch spezialisierten und von der übrigen Zelle räumlich getrennten Minifabrik statt", erläutert Pfannschmidt. Diese von Biologen als Chloroplast bezeichnete Fabrik besitzt ein ungewöhnliches Merkmal: eigene Gene. Üblicherweise befindet sich die genetische Information der Zelle im so genannten Zellkern, die Gene für die Photosynthese sind jedoch kurioserweise auf Chloroplast und Zellkern verteilt. Um die Photosyntheseprozesse sinnvoll zu koordinieren, tauschen Kern und Chloroplast immense Datenmengen aus. Lange standen die Photosyntheseforscher vor der Frage, warum ein solch aufwändiges System im Lauf der Evolution erhalten blieb.


1999 brachte Pfannschmidt erstes Licht ins Dunkel der Vermutungen. In einer Versuchsreihe zeigte er mit Kollegen von der Universität Lund, wie sich der Zustand bestimmter Photosynthesekomponenten im Chloroplasten bei extremer Belichtung und Überlastung des Photosyntheseapparates veränderte. Diese so genannten Redox-aktiven Komponenten "erspüren" die Veränderung in der Umwelt und senden Signale direkt an die Chloroplasten-eigenen Photosynthesegene: Während sie einen Teil dieser Gene aktivieren, werden andere gleichzeitig inaktiviert. Weil die Wissenschaftler parallel auch die Leistung der Photosynthese gemessen hatten, konnten sie demonstrieren, wie die regulierte Genaktivität auch die Photosyntheseleistung veränderte und den Lichtverhältnissen angepasst hatte. Damit war bewiesen, dass die Gene des Chloroplasten eine wichtige Rolle für die Verwirklichung von Rückkopplungsschleifen und die Selbstkontrolle der Photosynthese spielen. In weiteren Arbeiten zeigte Pfannschmidt mit seinen Jenaer Mitarbeitern, dass diese Signale auch die Aktivität der Gene im Zellkern beeinflussen und dass damit die Photosynthese eine zentrale Regulatorfunktion in den Zellen von Pflanzen einnimmt.

Was die Photosyntheseexperten fasziniert, besitzt auch einen erheblichen praktischen Nutzen. Rückkopplungsschleifen können die Photosynthese hemmen und vermindern die Produktivität und den Ertrag von Nutzpflanzen. Im Licht globaler Klimaveränderungen mit zunehmendem Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre, steigenden Temperaturen und häufigeren Dürren in heute fruchtbaren Regionen erhält die Idee von der Photosynthese als Umweltsensor sogar eine globale Dimension: Um zu verstehen wie Pflanzen auf die künftigen Umweltveränderungen reagieren werden, können die Jenaer Biologen mit ihrer Arbeit dem Puzzle der Photosyntheseregulation eine Vielzahl neuer Bausteine hinzufügen.

Die Photosynthese:

Unter Verbrauch von Wasser (H20) und Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre verwandeln Pflanzen dabei die Energie des Sonnenlichts in eine für Organismen nutzbare Form, in Zucker. Ganz nebenbei entsteht auch noch Sauerstoff (O2), den fast alle Arten für die Atmungsprozesse nutzen. Pflanzen tragen mit dieser photosynthetischen Aufnahme von CO2 und der Abgabe von O2 zum Aufbau der Erdatmosphäre bei und prägen das globale Klima.

Kontakt:

PD Dr. Thomas Pfannschmidt
Institut für Botanik und Pflanzenphysiologie
der Universität Jena
Dornburger Straße 159, 07743 Jena
Tel.: 03641 - 949236
Fax: 03641 - 949232
E-Mail: Thomas.Pfannschmidt@uni-jena.de

Axel Burchardt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Berichte zu: Biologe Chloroplast Photosynthese Umweltsensor Zellkern

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht „Spionieren“ der versteckten Geometrie komplexer Netzwerke mit Hilfe von Maschinenintelligenz
08.12.2017 | Technische Universität Dresden

nachricht Die Zukunft der grünen Gentechnik
08.12.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Im Focus: Realer Versuch statt virtuellem Experiment: Erfolgreiche Prüfung von Nanodrähten

Mit neuartigen Experimenten enträtseln Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Technischen Universität Hamburg, warum winzige Metallstrukturen extrem fest sind

Ultraleichte und zugleich extrem feste Werkstoffe – poröse Nanomaterialien aus Metall versprechen hochinteressante Anwendungen unter anderem für künftige...

Im Focus: Geburtshelfer und Wegweiser für Photonen

Gezielt Photonen erzeugen und ihren Weg kontrollieren: Das sollte mit einem neuen Design gelingen, das Würzburger Physiker für optische Antennen erarbeitet haben.

Atome und Moleküle können dazu gebracht werden, Lichtteilchen (Photonen) auszusenden. Dieser Vorgang verläuft aber ohne äußeren Eingriff ineffizient und...

Im Focus: Towards data storage at the single molecule level

The miniaturization of the current technology of storage media is hindered by fundamental limits of quantum mechanics. A new approach consists in using so-called spin-crossover molecules as the smallest possible storage unit. Similar to normal hard drives, these special molecules can save information via their magnetic state. A research team from Kiel University has now managed to successfully place a new class of spin-crossover molecules onto a surface and to improve the molecule’s storage capacity. The storage density of conventional hard drives could therefore theoretically be increased by more than one hundred fold. The study has been published in the scientific journal Nano Letters.

Over the past few years, the building blocks of storage media have gotten ever smaller. But further miniaturization of the current technology is hindered by...

Im Focus: Successful Mechanical Testing of Nanowires

With innovative experiments, researchers at the Helmholtz-Zentrums Geesthacht and the Technical University Hamburg unravel why tiny metallic structures are extremely strong

Light-weight and simultaneously strong – porous metallic nanomaterials promise interesting applications as, for instance, for future aeroplanes with enhanced...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Papstar entscheidet sich für tisoware

08.12.2017 | Unternehmensmeldung

Natürliches Radongas – zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs

08.12.2017 | Unternehmensmeldung

„Spionieren“ der versteckten Geometrie komplexer Netzwerke mit Hilfe von Maschinenintelligenz

08.12.2017 | Biowissenschaften Chemie