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 Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik