Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzen „beißen“ zurück

19.05.2016

Im Tierreich ist Kalziumphosphat weit verbreitet: Aus dem sehr harten Mineral bestehen zum Beispiel Knochen oder auch Zähne. Forscher der Universität Bonn haben nun erstmals entdeckt, dass Kalziumphosphat zur mechanischen Stabilisierung auch in höheren Pflanzen vorkommt. Bei den Blumennesselgewächsen (Loasaceae) verleiht das Mineral den Nesselhaaren den nötigen „Biss“. Es härtet die Haare, die der Abwehr von Tierfraß dienen. Bei unseren heimischen Brennnesseln bestehen die schmerzhaften Nesselhaare dagegen aus glasartigem Silizium. Die Ergebnisse werden nun im Fachjournal „Scientific Reports“ vorgesellt.

Weidetiere fressen meist nur einmal davon: Berührt ihre Zunge die winzigen Haare der Blumennesselgewächse (Loasaceae), dann brechen die Spitzen dieser Brennhaare ab und ein schmerzhaftes Gebräu ergießt sich in das Maul. Die wehrhaften Gewächse haben ihren Verbreitungsschwerpunkt in den südamerikanischen Anden.


Unter dem Rasterelektronenmikroskop: Blattunterseite der Blumennessel Loasa pallida. Die rot angefärbten Bereiche zeigen mineralische Einlagerungen.

(c) Aufnahme: H.-J. Ensikat und M. Weigend/Uni Bonn


Vielfarbige Blüte der Blumennessel Blumenbachia insignis im Botanischen Garten der Universität Bonn.

(c) Foto: M. Weigend/Uni Bonn

„Der Mechanismus bei den uns vertrauten Brennnesseln funktioniert ganz ähnlich“, sagt Prof. Dr. Maximilian Weigend vom Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen an der Universität Bonn. Zwischen den sehr entfernt verwandten Brennnesseln und Blumennesseln gibt es neben ihres sehr unterschiedlichen Aussehens jedoch noch einen wichtigen Unterschied: Während die heimischen Gewächse ihre spitzen Härchen mit glasartigem Silizium härten, verwenden ihre südamerikanischen Kollegen mit ihren spektakulären Blüten dafür Kalziumphosphat.

Bislang war von Kalziumphosphat nicht bekannt, dass es auch bei höheren Pflanzen zur mechanischen Stabilisierung vorkommt. „Die Mineralien in den Brennhaaren sind chemisch den Zähnen von Mensch und Tier sehr ähnlich“, sagt Prof. Weigend, der seit fast 25 Jahren die mannigfaltigen Blumennesselgewächse erforscht. Zuvor sind vielen Wissenschaftlern ihre außerordentlich harten Abwehrhaare aufgefallen, doch niemand hat bislang hinterfragt, aus welchem Material sie eigentlich bestehen. An ihrem eigenen Elektronenmikroskop und mit Hilfe von Wissenschaftlern des Steinmann-Instituts für Geologie, Mineralogie und Paläontologie sowie des Instituts für Anorganische Chemie der Universität Bonn untersuchten die Botaniker die Brennhaare, die einer Injektionsspritze gleichen.

Die Brennhaarspitzen sind ähnlich aufgebaut wie Stahlbeton

Dabei zeigte sich, dass die mechanisch besonders beanspruchten Stellen an den Haarspitzen der Blumennesseln mit Kalziumphosphat verstärkt sind. „Es handelt sich dabei um ein Kompositmaterial, das ähnlich wie Stahlbeton aufgebaut ist“, erläutert Prof. Weigend. Die faserförmige Cellulose bildet als übliches Baumaterial der Pflanzen ein formgebendes Geflecht, in dessen „Maschen“ winzige Kristalle aus Kalziumphosphat eingelagert sind. „Das verleiht den Brennhaaren eine ganz außerordentliche Stabilität“, ist der Wissenschaftler der Universität Bonn überzeugt.

Warum die Blumennesselgewächse sich für diesen Sonderweg entschieden haben, während die meisten Pflanzen zur mechanischen Stabilisierung das glasartige Silikat verwenden, ist noch ein Rätsel. „Ein häufiger Grund für Sonderlösungen in der Evolution ist, dass der Stoffwechsel eines Organismus nur einen bestimmten Weg beschreiten kann“, sagt Prof. Weigend. Doch Blumennesseln können sehr wohl auch Silikat zur Härtung bestimmter Pflanzenteile herstellen. Warum sie sich an den Haarspitzen gerade dem Material verschrieben haben, aus denen auch die Kauwerkzeuge ihrer Fressfeinde bestehen, muss erst noch erforscht werden. „Noch kann man nur über die Anpassungsstrategie spekulieren. Aber es scheint so zu sein, dass Blumennesseln mit gleicher Münze heimzahlen: Zähne gegen Zähne“, schmunzelt der Biologe der Universität Bonn.

Bionik: Brennhaare als Vorbild für Knochenersatzmaterialien

Weitere Forschungsprojekte sollen nun zutage fördern, welche Pflanzen Kalziumphosphat noch für die raue Umwelt hart macht und welche biomechanischen Vorzüge das Material in den grünen Lebewesen hat. Potenziell ist die Entdeckung auch für bionische Anwendungen interessant. „Bei Ersatzmaterial etwa für den Zahnersatz, die Orthopädie oder die Gesichtschirurgie kommt es sehr darauf an, dass es keine Abstoßungsreaktionen auslöst“, sagt Prof. Weigend. Das Kalziumphosphat-Cellulose-Komposit der Blumennesseln könnte ein vielversprechendes natürliches Vorbild für solche Zwecke sein.

Publikation: Hans-Jürgen Ensikat, Thorsten Geisler & Maximilian Weigend: A first report of hydroxylated apatite as structural biomineral in Loasaceae – plants‘ teeth against herbivoren, Scientific Reports, DOI: 10.1038/srep26073

Kontakt für die Medien:

Prof. Dr. Maximilian Weigend
Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen
Universität Bonn
Tel. 0228/732121
E-Mail: mweigend@uni-bonn.de

Johannes Seiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht UVB-Strahlung beeinflusst Verhalten von Stichlingen
13.12.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Mikroorganismen auf zwei Kontinenten studieren
13.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: 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...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rest-Spannung trotz Megabeben

13.12.2017 | Geowissenschaften

Computermodell weist den Weg zu effektiven Kombinationstherapien bei Darmkrebs

13.12.2017 | Medizin Gesundheit

Winzige Weltenbummler: In Arktis und Antarktis leben die gleichen Bakterien

13.12.2017 | Geowissenschaften