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 Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie