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 In Hochleistungs-Mais sind mehr Gene aktiv
19.01.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Warum es für Pflanzen gut sein kann auf Sex zu verzichten
19.01.2018 | Universität Wien

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: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie