Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Faszinierende Bioaerosole aus dem Regenmantel von Kleinzikaden

29.09.2005


GSF-Wissenschaftler beobachten hohes Vorkommen an bisher kaum wenig bekannten, luftgetragenen Partikeln


Brochosomen weisen eine frappierende Ähnlichkeit mit Fußbällen auf. Bei einem Durchmesser von 0,4 µm sind die winzigen Bioaerosole jedoch eine Millionen mal kleiner als ihre luftgefüllten Verwandten. Wittmaack/Wehnes/Heinzmann


Überraschenderweise können Brochosomen nach der Abscheidung noch mit benachbarter fester Materie reagieren, insbesondere mit nahliegenden mineralischen Aerosolpartikeln. In Nischen abgelagert kann sich ein abgelagertes Brochosom sogar spinnenartig verformen - als wenn noch ein Rest von Leben in ihm stecken würde. Wittmaack/Wehnes/Heinzmann



Dr. Klaus Wittmaack vom Institut für Strahlenschutz am GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit hat beim Sammeln von Feinstaub entdeckt, dass eine bisher weitgehend unbekannte Art von Bioaerosolen, sogenannte Brochosomen, in völlig unerwartet hoher Konzentration in der Luft vorkommen. Brochosomen werden von Kleinzikaden produziert, um sich damit gegen Benetzung durch Wassertropfen zu schützen. Nach einer Häutung scheiden sie ein brochosomenhaltiges Sekret aus und verteilen dieses mit den Hinterbeinen über ihren ganzen Körper. Die so erzeugte Bedeckung mit Brochosomen ist extrem wasserabweisend, was die Tierchen quasi gegen Regen imprägniert. Beim Verteilen des Sekrets gehen sie vermutlich jedoch ziemlich verschwenderisch vor: Oft fallen ganze Pakete von Brochosomen auf den Boden, um dann vom leisesten Lufthauch davon getragen zu werden.

... mehr zu:
»Brochosom »Kleinzikaden


Einzelne Brochosomen haben einen Durchmesser zwischen 0.25 und 0.6 µm, mit einem ausgeprägtem Häufigkeitsmaximum bei 0.4 µm. Als Größenvergleich kann der Durchmesser eines menschlichen Haares mit 100 µm (0,1 mm, also dem zehnten Teil eines Millimeters) herangezogen werden. Somit entspricht der Durchmesser von 250 Brochosomen dem eines Haares.

Ihre faszinierende Schönheit offenbarte sich bei elektronenmikroskopischen Untersuchungen, die Wittmaack mit Unterstützung von Helga Wehnes bei seinem Kollegen Dr. Ulrich Heinzmann am GSF-Institut für Pathologie durchführen konnte. Wie perfekt geformte Mikrofußbälle erscheinen die winzigen, aus einem protein- und lipidhaltigem Gerüst aufgebauten Hohlkugeln.

Wittmaack ist besonders von der Geometrie der Hohlkugeln fasziniert: "Die fünf- und sechseckigen Strukturen spiegeln ein universelles Konstruktionsprinzip wider." Nur mit einer solchen Struktur können dreidimensionale Gebilde wie Kugeln oder Rohre entstehen; deshalb zieht sich diese Form durch alle Größenskalen von Natur und Technik: von der molekularen Ebene der Fullerene (C60) und Nanoröhrchen - zwei Modifikationen des Kohlenstoffs, deren Bau auf diesem Prinzip basiert - über Fußbälle bis hin zu mächtigen kuppelförmigen Gebäuden.

Fast allen Forschern sind die Brochosomen bisher bei der Aerosolsammlung entkommen. "Wegen ihrer flauschigen Struktur sind Brochosomen schwer einzufangen", erklärt Wittmaack. Er hat deshalb die Technik so verfeinert, dass die kleinen Bioaerosolteilchen doch im Sammelgerät hängen blieben. Dabei stellte sich heraus, dass Brochosomen zumindest in der warmen Jahreszeit massenhaft durch die Luft schweben, meist in Aggregaten von vielen tausend Stück. "Alle einzelnen Brochosomen berücksichtigt, ist ihre Anzahlkonzentration in der Luft fast so hoch wie die von mineralischen Feinstaubpartikeln mit Größen oberhalb von einem Mikrometer", staunt Wittmaack. Völlig offen ist dabei noch die Frage, ob Brochosomen mit ihrer großen verschlungenen Oberfläche als Träger toxischer Substanzen dienen und damit möglicherweise einen signifikanten Beitrag zu den Gesundheitsrisiken liefern, die derzeit im Zusammenhang mit der Inhalation von Feinstaub diskutiert werden.

Aerosolpartikel werden meist mit so genannten Impaktoren gesammelt, die im einfachsten Fall aus einer mit Düsen versehenen Scheibe und einer nachfolgenden Prallplatte bestehen. Im Betrieb wird Luft durch die Düsen gesaugt und an der Prallplatte umgelenkt. Aerosolpartikel, die dem raschen Luftstrom nicht folgen können, bleiben an der Prallplatte beziehungsweise an einer darauf ausgelegten Sammelfolie hängen, etwa so wie Fliegen und Mücken auf die Windschutzscheibe eines rasch fahrenden Autos klatschen und daran kleben bleiben. Die Aufprallgeschwindigkeit und die elastischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln entscheiden darüber, ob sie tatsächlich auf der Prallplatte abgeschieden werden. Pollen können beispielsweise wie Gummibälle abprallen, leicht bewegliche Objekte wieder weggeblasen werden.

Oft zerfallen Aggregate von Brochosomen beim Aufprall im Impaktor, wobei die einzelnen Partikel in der Regel unversehrt bleiben. Frische Brochosomen zeigen sich unter Umständen sehr reaktiv: Findet sich eine geeignete Andockstelle, kann sich die Hohlkugelstruktur öffnen und das Brochosom nimmt quasi Kontakt zu benachbarten mineralischen Partikeln oder der Prallplatte selbst auf. "Dabei fanden wir erstaunliche Veränderungen. Einige Brochosomen hatten sich über nabelschnurähnliche Verbindungen an benachbarte Partikel angelagert, andere bildeten domartige Strukturen. Ein Brochosom hatte sich sogar vollständig geöffnet und hing wie ein Spinnennetz zwischen Wänden aus anorganischen Aerosolpartikeln", so Wittmaack. Vor allem Brochosomen, die dem Forscher gleich zu Beginn der warmen Jahreszeit in die Falle gingen, zeigten solche Reaktionen. "Diese Reaktivität verliert sich offensichtlich im Alterungsprozess", erklärt er, "Brochosomen, die erst im Spätsommer oder im frühen Herbst gesammelt wurden, zeigten keine bedeutenden Strukturveränderungen mehr".

Literatur

K. Wittmaack: Atmos. Environ. 39 (2005) 1173-1180;
K. Wittmaack et al.: Sci. Total Environ. 346 (2005) 244-255.

GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel: 089/3187-2460
Fax 089/3187-3324
E-Mail: oea@gsf.de

Michael van den Heuvel | idw
Weitere Informationen:
http://www0.gsf.de/neu/Aktuelles/Presse/2005/brochosomen.php
http://www.gsf.de/

Weitere Berichte zu: Brochosom Kleinzikaden

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Verbesserte Kohlendioxid-Fixierung dank Mikrokompartiment
25.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Regenbogenfarben enthüllen Werdegang von Zellen
25.09.2017 | Technische Universität Dresden

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: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungen

Posterblitz und neue Planeten

25.09.2017 | Veranstaltungen

Hochschule Karlsruhe richtet internationale Konferenz mit Schwerpunkt Informatik aus

25.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Hochvolt-Lösungen für die nächste Fahrzeuggeneration!

25.09.2017 | Seminare Workshops

Seminar zum 3D-Drucken am Direct Manufacturing Center am

25.09.2017 | Seminare Workshops