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 Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie