Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Netzwerke statt Selbstversorgung: Wiesenorchideen überraschen Bayreuther Forscher

24.07.2017

Wiesenorchideen, die im vollen Sonnenlicht durch Photosynthese ausreichend Nährstoffe für sich produzieren könnten, gehen oft zusätzlich eine Symbiose mit Pilzen ein, um ihren Nährstoffbedarf zu decken. Sie erzeugen nur einen Teil des benötigten Kohlenstoffs selbst und beziehen den anderen Teil von Pilzen, mit denen ihre Wurzeln unterirdische Netzwerke bilden. Dies haben Wissenschaftler der Universität Bayreuth zusammen mit Forschungspartnern in Großbritannien jetzt herausgefunden. Im Journal of Ecology stellen sie ihre unerwarteten Erkenntnisse vor.

Das Forschungsteam um Prof. Dr. Gerhard Gebauer an der Universität Bayreuth hat erst vor wenigen Jahren entdeckt, dass grünblättrige Orchideen, die auf Waldböden unter stark eingeschränkten Lichtverhältnissen leben, mit ihren Wurzeln benachbarte Pilze ‚anzapfen‘. So stocken sie den durch eigene Photosynthese erzeugten Kohlenstoffvorrat auf und können ihren Bedarf vollständig decken.


Wiesenorchideen der Spezies Dactylorhiza fuchsii, auch “Fuchssche Kuckucksblumen” genannt.

Foto: Julienne Schiebold

Dabei kommt es häufig zu Dreierbeziehungen, weil einige der von Orchideen ‚angezapften‘ Pilzarten ihrerseits in einer Symbiose mit Waldbäumen leben. Die Wissenschaftler können solche unterirdischen Versorgungsnetzwerke aufklären, indem sie die Häufigkeiten analysieren, mit der Kohlenstoff- und Stickstoff-Isotope in benachbarten Orchideen, Pilzen, Bäumen und weiteren Pflanzen vorkommen.

Isotope sind Atome des gleichen Elements, die sich allein durch die Anzahl der Neutronen in ihrem Kern unterscheiden. Das Labor für Isotopen-Biogeochemie am Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltwissenschaften (BayCEER) bietet alle technischen Voraussetzungen, um Isotopen-Häufigkeiten von Organismen zu bestimmen.

Die Untersuchungen wurden nun erstmals in großem Umfang auf Orchideen ausgeweitet, die auf Wiesen wachsen und ohne Einschränkungen dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Dabei stellte sich heraus, dass sich Orchideen keineswegs nur unter Lichtarmut teilweise von Pilzen versorgen lassen. Eine solche ‚partiell mykoheterotrophe Ernährungsweise‘ kommt auch bei Orchideen vor, die sich im Prinzip ganz selbständig ernähren könnten.

Im einzelnen verglichen die Wissenschaftler vier auf Waldböden heimische Orchideenarten, die Kohlenstoff teilweise von Pilzen beziehen, und dreizehn Orchideenarten auf sonnigen Bergwiesen in den Alpen. Diese unterscheiden sich zwar von den Waldorchideen durch einen deutlich geringeren Anteil des Kohlenstoff-Isotops 13C. Doch die Wasserstoff- und Stickstoff-Isotope 2H und 15N sowie die Stickstoff-Konzentrationen sind bei den Wiesenorchideen signifikant erhöht.

„Diese Ergebnisse haben uns überrascht. In Verbindung mit Isotopen-Analysen an weiteren Pflanzen erlauben sie den Schluss, dass die mit Sonnenlicht gut versorgten Orchideen sich dennoch lieber mit Pilzen zusammentun, als sich – wie sie es könnten – ganz selbständig zu ernähren“, erklärt Prof. Gebauer, Leiter des Labors für Isotopen-Biogeochemie.

Was veranlasst die Orchideen dazu, die eigenen Photosynthese-Potenziale nicht auszuschöpfen? „Wir vermuten, dass die Kohlenstoffversorgung durch Pilze den Wiesenorchideen Konkurrenzvorteile verschafft. Zudem können sie mit Hilfe der Pilzpartner ungünstige klimatische Bedingungen über mehrere Jahre hinweg unter der Bodenoberfläche überstehen“, sagt die Bayreuther Biologin Julienne Schiebold M.Sc., Erstautorin der neuen Veröffentlichung.

Bei ihren Untersuchungen, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurden, haben die Bayreuther Wissenschaftler mit Kollegen vom Imperial College in London und den Royal Botanic Gardens, Kew zusammengearbeitet. Zugleich waren auch Bayreuther Studierende aus den Masterstudiengängen „Biodiversität und Ökologie“ und „Molekulare Ökologie“ beteiligt – nicht allein bei Laboruntersuchungen, sondern auch bei Exkursionen der Studiengänge nach Vorarlberg. Die Ergebnisse einiger Abschlussarbeiten sind in die Publikation im Journal of Ecology eingeflossen.

„Unsere Bayreuther Studiengänge in der Biologie und den Umweltwissenschaften sind so aufgebaut, dass die Studierenden immer wieder die Gelegenheit erhalten, sich mit eigenen Ideen und Konzepten an anspruchsvollen Forschungsprojekten zu beteiligen“, sagt Prof. Gebauer, der sich schon seit vielen Jahren mit den Nahrungsnetzwerken von Pflanzen und Pilzen befasst.

Veröffentlichung:

Julienne M.-I. Schiebold, Martin I. Bidartondo, Florian Lenhard, Andreas Makiola und Gerhard Gebauer, Exploiting mycorrhizas in broad daylight: Partial mycoheterotrophy is a common nutritional strategy in meadow orchids, Journal of Ecology (2017),
DOI: 10.1111/1365-2745.12831

Kontakt:

Prof. Dr. Gerhard Gebauer
Leiter des Labors für Isotopen-Biogeochemie im Bayreuther Zentrum
für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Universität Bayreuth
95440 Bayreuth
vorzugsweise per E-Mail: gerhard.gebauer@uni-bayreuth.de
Telefon: +49 (0) 921 / 55-2060

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Überleben auf der Schneeball-Erde
21.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena

nachricht Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde
21.09.2017 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung

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: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Granulare Materie blitzschnell im Bild

21.09.2017 | Verfahrenstechnologie

Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Überleben auf der Schneeball-Erde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie