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 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften