Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Erfolgsrezept natürlicher Sonnenkollektoren

28.09.2011
Physiologen der Universität Jena ergründen, wie Pflanzen das Licht zur Fotosynthese optimal nutzen

Das Prinzip der Fotosynthese lernt heute bereits jedes Schulkind: Grüne Pflanzen nutzen die Energie des Sonnenlichts, um Kohlendioxid in Zucker zu verwandeln. Gleichzeitig entsteht dabei Sauerstoff. Doch was als allgemein gesichert in den Lehrbüchern steht, wirft für die Wissenschaft noch viele Fragen auf.

„Wir verstehen noch nicht einmal ansatzweise, wie es den Pflanzen überhaupt möglich ist, so effizient Fotosynthese zu betreiben“, sagt PD Dr. Thomas Pfannschmidt von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Denn: Für die meisten Pflanzen sind die Lichtverhältnisse in der Regel keineswegs optimal. „Jeder, der schon einmal im Spätsommer durch ein Maisfeld gegangen ist, weiß, zwischen den einzelnen Pflanzen ist es dunkel“, so der Pflanzenphysiologe Pfannschmidt.

„Das wenige Licht, das bei den unteren Blättern der Maispflanzen noch ankommt, ist zur Fotosynthese völlig ungeeignet.“ Dennoch sterben diese Blätter nicht ab und die Pflanze wächst und gedeiht weiter. Wie das möglich ist, das hat Pfannschmidts Team vom Jenaer Uni-Institut für Allgemeine Botanik und Pflanzenphysiologie jetzt genauer untersucht und seine Forschungsergebnisse in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „The Plant Cell“ veröffentlicht (DOI: 10.1105/tpc.111.087049).

„Der Trick der Pflanzen besteht darin, dass sie ihren Fotosyntheseapparat permanent den gerade vorherrschenden Lichtverhältnissen anpassen“, nennt Dr. Pfannschmidt die zentrale Erkenntnis der aktuellen Studie. „Und das passiert innerhalb weniger Minuten.“ Die Forscher haben diese Anpassung an einer Modellpflanze, der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), untersucht. Wie sie auf elektronenmikroskopischen Aufnahmen sehen konnten, liegen die komplexen Enzymsysteme, die für die Fotosynthese verantwortlich sind, je nach Intensität und Wellenlänge der einfallenden Strahlung in unterschiedlicher räumlicher Anordnung vor. „Dadurch sorgt die Pflanze dafür, dass das Licht optimal genutzt wird“, so Pfannschmidt.

Der Umbau in der dreidimensionalen Struktur der Chloroplasten – so werden die Zellorganellen genannt, in denen die Fotosynthese abläuft – umfasst zwei Prozesse, wie die Jenaer Physiologen herausgefunden haben. Zum einen ordnen sich die Membranen, in denen die Enzymsysteme verankert sind, entweder in dicht gepackten Stapeln oder eher langgestreckten Kavernen an. Zum anderen werden die einzelnen Grundbausteine des Fotosyntheseapparates zu „Superkomplexen“ zusammengeschaltet, was die Effizienz der Fotosynthese unter ungünstigen Lichtverhältnissen erhöht. In ihrer aktuellen Veröffentlichung konnten die Forscher zeigen, dass diese beiden Anpassungsmechanismen ursächlich miteinander zusammenhängen. Zudem konnten sie ein neuartiges Eiweißmolekül identifizieren, das die Fotosysteme verknüpft und so die Formierung der „Superkomplexe“ reguliert.

„Diese hochflexible, dynamische Anpassung der pflanzlichen ,Sonnenkollektoren‘ an die jeweilige Lichteinstrahlung ist letztlich das Geheimnis ihrer enormen Effizienz“, resümiert Dr. Pfannschmidt. Wie diese Anpassung auf molekularer Ebene reguliert wird, das wollen die Wissenschaftler von der Uni Jena nun intensiv erforschen. Diese Erkenntnisse, so Pfannschmidt, seien zwar erst einmal reine Grundlagenforschung. „Langfristig ist es aber auch vorstellbar, gezielt Nutzpflanzen zu züchten, deren Fotosyntheseapparat an die Lichtverhältnisse heutiger Agrarbedingungen besser angepasst ist, um so höhere Erträge zu erzielen.“

Original-Publikation:
Dietzel L, Bräutigam K, Steiner S, Schüffler K, Lepetit B, Grimm B, Schöttler MA, Pfannschmidt T. Photosystem II Supercomplex Remodeling Serves as an Entry Mechanism for State Transitions in Arabidopsis. Plant Cell. 2011, DOI: 10.1105/tpc.111.087049
Kontakt:
PD Dr. Thomas Pfannschmidt
Institut für Allgemeine Botanik und Pflanzenphysiologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Dornburger Straße 159, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949236
E-Mail: thomas.pfannschmidt[at]uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der Suche nach Universal-Grippeimpfstoffen – Neuraminidase unterschätzt?
21.06.2018 | Paul-Ehrlich-Institut - Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel

nachricht Organische Kristalle mit Twist und Selbstreparatur
21.06.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Der “Stein von Rosetta” für aktive Galaxienkerne entschlüsselt

21.06.2018 | Physik Astronomie

Schneller und sicherer Fliegen

21.06.2018 | Informationstechnologie

Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

21.06.2018 | Innovative Produkte

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