Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

In größter Hungersnot verdauen sich Mikroalgen selbst

30.06.2016

AWI-Forscher entschlüsseln die Kopplung von Nährstoffverfügbarkeit und Algenwachstum

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben in einer aktuellen Studie herausgefunden, welche molekularen Mechanismen Mikroalgen einsetzen, um in Zeiten akuten Nährstoffmangels von schnellem Wachstum auf Stillstand umzuschalten.


Die Mikroalge Emiliania huxleyi

Foto: C. Hoppe / Alfred-Wegener-Institut

In Laborversuchen konnten sie beobachten, dass kalkbildende Mikroalgen bei Nährstoffmangel zunächst ihren Stoffwechsel auf Sparsamkeit und Effizienz trimmen, bevor sie sich notgedrungen sogar teilweise selbst verdauen. Die molekularen Schalter für diese Grundfunktionen von Zellen sind in allen Lebewesen auffallend ähnlich.

Es sind offenbar eben diese Schalter, deren Fehlfunktion im Menschen dazu führt, dass Zellen die Kontrolle über ihre Teilungsaktivität verlieren und zu Krebszellen werden können. Die neuen Forschungsergebnisse sind in dieser Woche im Online-Magazin Frontiers of Marine Science erschienen.

„Algen sind wie alle Lebewesen auf die Nährstoffe Phosphor und Stickstoff angewiesen, die in Küstenregionen durch Flüsse eingetragen werden und im offenen Ozean durch Wasserwirbel aus der Tiefe hinaufbefördert werden. Wenn das Oberflächenwasser durch einen solchen Nährstoffeintrag gedüngt wird, beginnt ein Wettlauf um die kostbaren Elemente, in dem die verschiedenen Algen um die Nährstoffe konkurrieren.

Dieser Wettlauf endet erst, wenn die zur Zellteilung erforderlichen Nährstoffe verbraucht sind und die Algen plötzlich wieder mit einer Hungersituation konfrontiert sind“ erläutert Dr. Sebastian Rokitta, AWI-Biologe und Erstautor der aktuellen Studie.

Weil die Algen augenscheinlich unterschiedlich auf das Fehlen der verschiedenen Nährstoffe reagieren, sind Wissenschaftler lange davon ausgegangen, dass die Einzeller verschiedene Maßnahmen ergreifen, um die jeweils fehlenden Nährstoffe besonders effizient aufzunehmen. Einen wichtigen Aspekt haben Studien zu diesem Thema in der Vergangenheit jedoch stark vernachlässigt: die molekulare Maschinerie der Zellen.
Bislang wurden in der Regel gezielt Aufnahmemechanismen für die fehlenden Nährstoffe sowie Biomasse- und Kalkproduktion der Algen unter Hungerbedingungen untersucht. Ganzheitliche „Screenings“ aller Zellfunktionen waren bisher nur sehr begrenzt möglich. „Erst seit kurzem liegen Sequenzdaten über das Genom der weltweit verbreiteten Mikroalge Emiliania huxleyi vor, sodass wir nun unseren molekularen Werkzeugkasten endlich effektiv zum Einsatz bringen können“ erklärt AWI-Mikrobiologe und Co-Autor Dr. Uwe John.

Mit Hilfe sogenannter Microarrays konnten die Wissenschaftler nun die Aktivität von mehr als 10.000 Genen unter verschiedenen Hungerszenarien gleichzeitig untersuchen. Die neuen Ergebnisse zeigen: Die genetischen Programme, die in verschiedenen Hungersituationen ablaufen, sind in Bezug auf das Stoppen der Zellteilung größtenteils gleich und werden je nach fehlendem Nährstoff nur leicht abgewandelt, um spezifische Transporter und Speichermechanismen einzuschalten. Dies ist für die Algen sinnvoll, da es die Steuerung des komplizierten zellulären Apparates stark vereinfacht.

Auffallend ist die enge Verzahnung der Nährstoffverfügbarkeit im Algenstoffwechsel mit der zellulären Energiebereitstellung. „Offenbar beinhalten die ausgeführten genetischen Programme auch molekulare Sensoren, die sozusagen bei niedrigem Nährstofffüllstand die Zellteilung anhalten“ sagt der AWI-Biologe Dr. Björn Rost, der ebenfalls an der Studie beteiligt war. Dies ist ein Mechanismus, der beispielsweise in menschlichen Krebszellen gestört ist und ihnen entsprechend signalisiert, sich immer weiter zu teilen. Die Studie zeigt außerdem, dass die molekularen Mechanismen, welche die Zellteilung an- und abschalten und sich in der Frühzeit des Lebens vor etwa 2 Milliarden Jahren entwickelt haben, immer noch aktiv sind.

Die Forschungsresultate verdeutlichen zudem, dass die Mikroalgen bei anhaltender Unterversorgung beginnen, ihre eigenen Zellbestandteile zu ‚verdauen‘, um so ihr Überleben möglichst lange zu sichern. Diesen Prozess halten sie aber nicht lange durch. All jene Zellen, die sich durch diese Notfallmaßnahme selbst zerstören, stellen ihre nährstoffhaltigen Bestandteile dann ungewollt anderen Algen und auch ihren Artgenossen zur Verfügung. Dieser bislang unterschätzte Prozess scheint auf Dauer die Evolution besonders genügsamer und durchhaltefähiger Individuen zu begünstigen und ist sicherlich mit verantwortlich für die Robustheit und Widerstandsfähigkeit der Mikroalgen gegenüber Nährstoffmangel.

In den kommenden Jahren werden Sebastian Rokitta und seine Kollegen weiter untersuchen, wie verschiedene Algenarten reagieren, wenn sich ihr Lebensraum verändert; welche Arten profitieren und welche leiden. Ihren Fokus legen die AWI-Wissenschaftler dann allerdings auf die Phytoplanktongemeinschaften des Nordatlantiks und des Arktischen Ozeans.


Hinweise für Redaktionen:
Die Studie ist unter folgendem Titel online im Fachjournal Frontiers of Marine Science erschienen:
Sebastian D. Rokitta, Peter von Dassow, Björn Rost, Uwe John: P- and N-depletion trigger similar cellular responses to promote senescence in eukaryotic phytoplankton (2016). Frontiers in Marine Science, doi: 10.3389/fmars.2016.00109, Link: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fmars.2016.00109/abstract

Druckbare Fotos und Grafiken finden Sie in der Online-Version dieser Pressemitteilung unter http://www.awi.de/nc/ueber-uns/service/presse.html.

Ihre wissenschaftlichen Ansprechpartner am Alfred-Wegener-Institut sind:
• Dr. Sebastian Rokitta (Tel: +49(471)4831-2096; E-Mail: Sebastian.Rokitta(at)awi.de)
• Dr. Björn Rost (Tel.: +49(471)4831-1809; E-Mail: Björn.Rost(at)awi.de)

Ihre Ansprechpartnerin in der Abteilung Kommunikation und Medien ist Sina Löschke (Tel: +49 (0)471 4831 - 2008; E-Mail: medien(at)awi.de).

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

Ralf Röchert | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden neue Ansätze gegen Wirkstoffresistenzen in der Tumortherapie
15.12.2017 | Universität Leipzig

nachricht Moos verdoppelte mehrmals sein Genom
15.12.2017 | Philipps-Universität Marburg

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik