Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Im Darm der Venus-Fliegenfalle: Neues zur Verdauung

02.09.2013
Kleine Tiere fangen und verdauen – das schafft die Venus-Fliegenfalle mit ihren hoch spezialisierten Blättern. Den lebenswichtigen Stickstoff aus der Beute holt sich die Pflanze mit einem bislang unbekannten Mechanismus. Forscher aus Würzburg, Freiburg und Göttingen haben ihn entdeckt.

Stickstoff ist für Pflanzen ein Hauptnährstoff. In der Regel ziehen sie ihn in Form von Nitrat und Ammonium aus dem Boden, transportieren ihn in Wurzeln und Blätter und nutzen ihn dann zur Produktion von Proteinen.


Die fleischfressende Venus-Fliegenfalle beißt mit ihren tellerfallenartig geformten Blättern zu. Dabei wird der Mund erst zum „grünen Magen“ und dann zum Darm. Bild: Christian Wiese


Im Querschnitt durch die grüne Magen-/Darmwand der Venus-Fliegenfalle erkennt man die Drüsen (rot), die den sauren Cocktail von Verdauungsenzymen abgeben und dann die freigesetzten Nährstoffe aufnehmen. Bild: Maria Escalante Perez

Was aber, wenn der Boden wenig oder keinen Stickstoff hergibt? An solche nährstoffarmen Standorte hat sich die fleischfressende Venus-Fliegenfalle (Dionaea muscipula) angepasst, die in einigen Moorgebieten Nordamerikas zu Hause ist. Dort kann sie nur überleben, weil sie sich auf Tiere als Zusatznahrung spezialisiert hat.

So erlegt Dionaea ihre Beute

Ihre Beute schnappt sich Dionaea mit Blättern, die zu Klappfallen umgebildet sind: Berühren Insekten spezielle Sinneshaare auf der Fallenoberfläche, werden elektrische Impulse ausgelöst und die Falle klappt blitzschnell zu.

Die Gefangenen versuchen natürlich, sich zu befreien. Doch je heftiger sie sich wehren, umso häufiger berühren sie die Sinneshaare. Das wiederum bewirkt eine ganze Flut elektrischer Impulse sowie die Produktion des Lipidhormons. Dieses aktiviert die zahlreichen Drüsen, die dicht an dicht im Inneren der Falle sitzen: Sie fluten den „grünen Magen“ mit einem sauren Saft, der über 50 verschiedene Verdauungsenzyme enthält.

Wie die Verdauung genau vor sich geht, beschreibt ein Team um den Würzburger Biophysiker Rainer Hedrich in der Zeitschrift „Current Biology“. Demnach arbeitet die Falle der Pflanze als Mund, Magen und Darm zugleich: „Die Drüsen, die erst den enzymreichen sauren Magensaft absondern, nehmen später auch die nährstoffreichen Fleischbestandteile auf“, erklärt Hedrich. „Ist der Magen leer, öffnet sich der Mund, um bei der nächsten Gelegenheit wieder zuzubeißen.“

Wie der Stickstoff erschlossen wird

Die Forscher haben den Mageninhalt der Venus-Fliegenfalle analysiert und herausgefunden: Das Fleisch der Beutetiere wird in seine Eiweißbestandteile, die Aminosäuren, zerlegt. Dabei fiel ihnen auf, dass die Aminosäure Glutamin fehlt, dafür aber das stickstoffhaltige Nährsalz Ammonium auftaucht. Der Grund: „Die Pflanze hat in ihrem Magensaft ein Enzym, das Glutamin zu Glutamat und Ammonium spaltet. Letzteres wird dann von den Drüsen aufgenommen, die zuvor das Verdauungssekret ausgeschüttet haben“, sagt Hedrich.

Dass Pflanzen über diesen Weg Ammonium aus tierischem Eiweiß erschließen können, war bislang unbekannt. An der Entdeckung haben neben Hedrichs Team Heinz Rennenberg von der Universität Freiburg – ein Experte für Stickstoffernährung und Stoffwechsel – sowie Erwin Neher mitgewirkt. Der Göttinger Nobelpreisträger ist Experte für Sekretionsvorgänge.

Was das Lipidhormon bewirkt

Die Forscher haben bei ihren Experimenten noch mehr Neuigkeiten herausgefunden: Wenn eine Falle der fleischfressenden Pflanze keine Beute erlegt und zerlegt hat, funktioniert ihr „Darm“ nicht: In diesem Fall kann sie Ammonium nicht effizient aufnehmen.

Das ändert sich aber, wenn die Falle vorher mit Lipidhormon behandelt wird. „Das Hormon sorgt dafür, dass die Drüsenzellen mit einem Ammonium-Transporter bestückt werden, der das begehrte stickstoffhaltige Molekül in die Pflanze hinein verfrachtet“, so Hedrich. Auch das hierfür verantwortliche Gen haben die Wissenschaftler identifiziert und DmAMT1 genannt (Dionaea-muscipula-Ammonium-Transporter1).

So machen die Forscher weiter

Neben Stickstoff brauchen alle Lebewesen noch viele andere Hauptnährstoffe und Spurenelemente. Wie also zieht die Venus-Fliegenfalle beispielsweise Schwefel und Phosphor aus ihrer Beute? Und in welcher Form nimmt sie diese Nährelemente auf? Wie erkennt die Pflanze, wie voll ihr Magen gerade ist? Investiert sie die Nahrung aus den Beutetieren in neue Fangorgane oder auch in die Produktion neuer Wurzeln? Und was passiert, wenn die Wurzel auf Nahrung trifft? Diese Fragen wollen die Wissenschaftler als nächstes beantworten.

Für dieses Projekt hat Rainer Hedrich 2010 einen Europäischen Forschungspreis erhalten, den mit 2,5 Millionen Euro dotierten ERC Advanced Grant. Untersucht werden die Sinneswahrnehmung, das Fangverhalten und die Verwertung der Beutetiere bei der Venus-Fliegenfalle. Auch ihr Erbgut soll entschlüsselt werden, um die molekularen Prinzipien der Fleischernährung bei Pflanzen aufzuklären.

Scherzer et al., The Dionaea muscipula Ammonium Channel DmAMT1 Provides NH4+ Uptake Associated with Venus Flytrap’s Prey Digestion, Current Biology (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2013.07.028

Kontakt

Prof. Dr. Rainer Hedrich, Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften der Universität Würzburg, T (0931) 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de

Robert Emmerich | Uni Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics