Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blattläuse als Bio-Sensoren

15.03.2016

Haben Pflanzen eine Art Nervensystem? Das ist nicht leicht herauszufinden, weil es keine guten Messmethoden gibt. Würzburger Pflanzenforscher nahmen dafür Blattläuse – und entdeckten, dass Pflanzen auf verschiedene Schädigungen jeweils anders reagieren.

Wenn eine Pflanze mechanisch verletzt oder mit Kälte konfrontiert wird, schickt sie elektrische Impulse durch ihren Körper. In beiden Fällen legen die Signale größere Strecken zurück, und zwar zehn Zentimeter und mehr. Die Signale laufen von den verwundeten oder unterkühlten Stellen in alle anderen Organe, die dann passend reagieren – zum Beispiel indem sie Proteine synthetisieren, die Pflanzen vor Kälte schützen.


Blattläuse stechen zielgenau in die Siebröhren der Pflanzen. Mit ihnen als Bio-Elektroden lassen sich die elektrischen Ströme messen, die dort fließen.

Bild: Jörg Fromm / Christian Wiese


Elektrische Signale (Aktionspotentiale) laufen entlang der Siebröhren durch Blätter und andere Organe der Pflanzen.

(Bild: Rosalia Deeken / Sönke Scherzer /Christian Wiese)

Eine Verletzung verursacht dabei völlig andere elektrische Signale als ein Kälteschock. Das hat der Biophysiker Professor Rainer Hedrich von der Uni Würzburg mit seinem Team an der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) entdeckt.

Eine Schnittverletzung an einem Blatt löst relativ langsame elektrische Impulse aus, die sich über mehrere Minuten hinziehen. Kälteeinwirkung dagegen führte zu schnelleren, etwa 15 Sekunden kurzen Impulsen. „Diese Unterschiede sind für uns ein Hinweis darauf, dass die elektrischen Signale jeweils eine spezielle Bedeutung haben“, so Hedrich.

Elektrische Signale an den Siebröhren

Steckt hinter dieser Sache vielleicht ein ähnliches Prinzip wie beim Nervensystem des Menschen? Dort laufen elektrische Signale an spezialisierten Zellen entlang, überbrücken Synapsen und lösen am Ende eine Reaktion im Körper aus. Pflanzen allerdings haben kein Gehirn, keine Nervenzellen und keine Synapsen. Deshalb gebe es auch keine ernsthaften wissenschaftlichen Gründe, ihnen eine Intelligenz zuzuschreiben und eine „Pflanzenneurobiologie“ zu proklamieren, so Hedrich.

Trotzdem sind mittlerweile viele Wissenschaftler davon überzeugt, dass auch Pflanzen über elektrische Signale Informationen zwischen den Organen ihres Körpers austauschen. Hedrichs Arbeiten an der Venusfliegenfalle haben sogar gezeigt, dass diese fleischfressende Pflanze die gesendeten elektrischen Signale zählen kann und danach Entscheidungen fällt.

Messen lassen sich solche Signale in den Siebröhren. Das ist ein Leitungssystem aus miteinander gekoppelten Zellen, das sich wie ein Gefäßsystem durch die ganze Pflanze zieht und in dem ansonsten Zucker und andere Stoffe transportiert werden.

Messung der Signale bislang schwierig

Sind die Siebröhren das „grüne Stromkabel“ oder sogar eine Art „Nervensystem“ der Pflanze? Diese Einschätzung ist umstritten – was unter anderem einen methodischen Grund hat: Die Wissenschaft verfügt bislang über keine guten Werkzeuge, um in Pflanzen die Weiterleitung elektrischer Signale über größere Entfernungen zu messen.

Rainer Hedrich, Vicenta Salvador-Recatalà und Ingo Dreyer haben nun eine elegante Lösung für dieses Problem gefunden, die sie im Fachmagazin „Trends in Plant Science“ vorstellen: Die Pflanzenwissenschaftler benutzen Blattläuse als Bio-Sensoren. Sie haben dafür eine seit 1964 bekannte Methodik weiterentwickelt, bei der zwischen Blattlaus und Pflanze ein elektrischer Stromkreis erzeugt wird.

Läuse saugen im Dienst der Forschung

Wie das funktioniert? Blattläuse stechen sehr zielgenau in die Siebröhren von Pflanzen und saugen den zuckerhaltigen Saft. Klebt man ihnen einen feinen Draht an den Körper und verbindet ihn mit einer Elektrode, die in der Erde einer eingetopften Pflanze steckt, entsteht zwischen Laus und Pflanze ein Stromkreis. Über ihn lässt sich die Ausbreitung elektrischer Signale in den Siebröhren messen.

Mit dieser Methode gilt es nun viele Fragen zu klären. Wie und wo entstehen die Signale? Welche Informationen transportieren sie? Wo werden sie registriert und welche Reaktionen folgen darauf? Genug Arbeit also für die Würzburger Wissenschaftler – und auch für die Blattläuse, die im Dienst der Forschung stechen und saugen.

„Wir wollen aber auch versuchen, die ‚Bioelektroden‘ zu entlasten“, so Hedrich, „indem wir Gene für Membranpotential-sensitive Reporterproteine im Phloem exprimieren und so die elektrischen Ereignisse des gesamten ‚grünen‘ Schaltkreises einer Pflanze überwachen können.“

“Electrical Wiring and Long-Distance Plant Communication”, Rainer Hedrich, Vicenta Salvador Recatalà, Ingo Dreyer, Trends in Plant Science, 12. Februar 2016, DOI: 10.1016/j.tplants.2016.01.016

Kontakt

Prof. Dr. Rainer Hedrich, Lehrstuhl für Botanik I (Pflanzenphysiologie und Biophysik), Universität Würzburg, T (0931) 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de

Robert Emmerich | Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wenn das Immunsystem Hirnnervenzellen bekämpft
29.08.2016 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Erfolgreicher recyceln: Proteinqualitätskontrolle in der Zelle
26.08.2016 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Meteoriteneinschlag im Nano-Format

Mit energiereichen Ionen lassen sich erstaunliche Nanostrukturen auf Kristalloberflächen erzeugen. Experimente und Berechnungen der TU Wien können diese Effekte nun erklären.

Ein Meteorit, der in flachem Winkel auf die Erde trifft, kann gewaltige Verwüstungen anrichten: Er schrammt über die Erdoberfläche und legt oft eine lange...

Im Focus: Flexibel statt starr

Gezielter und effizienter Transport zellulärer Frachten durch physikalischen Mechanismus

Damit Zellen richtig funktionieren können, müssen Frachten innerhalb der Zelle ständig von einem Ort zum anderen transportiert werden, wobei es ähnlich zugeht...

Im Focus: Elektronen am Tempolimit

Elektronische Bauteile werden seit Jahren immer schneller und machen damit leistungsfähige Computer und andere Technologien möglich. Wie schnell sich Elektronen mit elektrischen Feldern letztendlich kontrollieren lassen, haben jetzt Forscher an der ETH Zürich untersucht. Ihre Erkenntnisse sind wichtig für die Petahertz-Elektronik der Zukunft.

Geschwindigkeit mag keine Hexerei sein, doch sie ist die Grundlage für Technologien, die nicht selten wie Magie anmuten. Moderne Computer etwa sind so...

Im Focus: Forscher beobachten, wie Chaperone defekte Proteine erkennen

Proteine, auch Eiweiße genannt, erfüllen in unserem Körper lebenswichtige Funktionen: Sie transportieren Stoffe, bekämpfen Krankheitserreger oder fungieren als Katalysatoren. Damit diese Prozesse zuverlässig funktionieren, müssen die Proteine eine definierte dreidimensionale Struktur annehmen. Molekulare Faltungshelfer, die sogenannten Chaperone, kontrollieren den Strukturierungsprozess. Ein Forscherteam unter der Beteiligung der Technischen Universität München (TUM) konnte nun herausfinden, wie Chaperone besonders gefährliche Fehler in diesem Strukturierungsprozess erkennen. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin "Molecular Cell" veröffentlicht.

Chaperone sind sozusagen die TÜV-Prüfer der Zelle. Es handelt sich um Proteine, die wiederum andere Proteine auf Qualitätsmängel untersuchen, bevor diese die...

Im Focus: Mikroskopieren mit einzelnen Ionen

Neuartiges Ionenmikroskop nutzt einzelne Ionen, um Abbildungen mit einer Auflösung im Nanometerbereich zu erzeugen

Wissenschaftler um Georg Jacob von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben ein Ionenmikroskop entwickelt, das nur mit exakt einem Ion pro Bildpixel...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Citizen 2016: Festival für demokratischere Technik

29.08.2016 | Veranstaltungen

Internationale Jahrestagung der Gesellschaft für Operations Research

29.08.2016 | Veranstaltungen

VDE und IEEE veranstalten Weltkongress der Consumer-Elektronik auf der IFA

26.08.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Reinraum on Demand

29.08.2016 | Verfahrenstechnologie

EU-Projekt LIAA: Montagelösungen für Mensch-Roboter-Teams

29.08.2016 | Energie und Elektrotechnik

Nur schlank reicht nicht mehr

29.08.2016 | Verfahrenstechnologie