Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Venusfliegenfalle: Wie die Verdauung in Gang kommt

20.04.2017

Die Venusfliegenfalle verdaut ihre Opfer mit einem Sekret aus speziellen Drüsen. Erstmals hat jetzt ein Forschungsteam die Tätigkeit dieser Drüsen gemessen und im Detail analysiert.

Die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) gehört zu den Pflanzen, die sich von Tieren ernähren. Mit ihren Klappfallen fängt sie Insekten, mit einem Verdauungssekret aus Drüsenzellen löst sie ihre Beute auf und verleibt sich die freigesetzten Nährstoffe ein.


Die Klappfalle einer Venusfliegenfalle mit ihren rot gefärbten Drüsen. Rechts ist modellhaft dargestellt, wie die Drüsen in Gang kommen.

(Bild: Sönke Scherzer/Dirk Becker)

Die Absonderung eines Verdauungssaftes aus Drüsen ist schon seit Darwins Zeiten als Tatsache gesetzt. Doch gemessen und analysiert wurde dieser Vorgang erst jetzt: Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Biophysikers Rainer Hedrich von der Universität Würzburg stellt die Ergebnisse im Journal PNAS vor.

Versucht ein Beutetier, aus der geschlossenen Falle der Pflanze zu entkommen, berührt es zwangsläufig die Sinneshaare, die sich in der Falle befinden. Jeder mechanische Kontakt mit den Haaren löst ein elektrisches Signal aus, das sich wellenförmig über die Falle ausbreitet. Ab dem dritten Signal bildet die Pflanze das Hormon Jasmonat, nach dem fünften Signal werden ihre Verdauungsdrüsen aktiviert, die die Innenseite der Fallen wie ein dichter Rasen auskleiden.

Zersetzend: Drüsen geben salzsäurehaltige Vesikel ab

Was passiert dann in den Drüsenzellen? Sie bilden immer mehr membranumhüllte, mit Flüssigkeit gefüllte Bläschen (sekretorische Vesikel) und geben deren Inhalt nach außen ab. Das passiert nach einer mechanischen Reizung der Sinneshaare, aber auch dann, wenn man die Drüsen mit dem Hormon Jasmonat in Kontakt bringt. Der gesamte Prozess ist abhängig von Kalzium und wird von einer Reihe bestimmter Proteine in die richtige Bahn gelenkt.

In den Drüsenzellen werden außerdem Gene aktiviert: „Wir gehen davon aus, dass sie für die Beladung der Vesikel mit Protonen und Chlorid sorgen, also mit Salzsäure“, erklärt Hedrich: „Mit ionensensitiven Elektroden haben wir gemessen, dass wiederholte Berührungen der Sinneshaare den Einstrom von Kalzium-Ionen in die Drüse auslösen. Durch den Anstieg des Kalzium-Spiegels im Zellplasma fusionieren die Vesikel mit der Plasmamembran, ähnlich wie man das von der Neurotransmitter-Sekretion von Nervenzellen kennt. Dem Kalziumeinstrom folgt mit zeitlicher Verzögerung der Ausstrom von Protonen und Chlorid.“

Aufschlussreich: Analysen mit Kohlefaser-Elektroden

Was enthalten die Drüsenvesikel noch? Das wurde mit Kohlefaser-Elektroden analysiert, und zwar in Kooperation mit dem Nobelpreisträger Erwin Neher (Göttingen), der mit solchen Elektroden große Erfahrung hat. Mit ihm passte der Würzburger Forscher Sönke Scherzer das Messverfahren auf die pflanzlichen Verhältnisse in der Fliegenfalle an.

Das Team brachte eine Kohlefaser-Elektrode über der Drüsenoberfläche in Stellung und wartete gespannt, was passiert. „Zuerst waren wir enttäuscht, weil wir nicht gleich Signale fanden, wie man sie von sekretorischen Zellen bei Mensch und Tier kennt“, so Scherzer.

Sollten die Vesikel in den ersten Stunden nach dem Beutefang zwar Salzsäure enthalten, aber noch keine Verdauungsenzyme? Und noch keine Moleküle, die das Funktionieren der Enzyme in der sauren Umgebung sicherstellen? Muss all das erst hergestellt werden?

Genauso ist es: Die Bildung der Enzyme, die das Fleisch der Beute auflösen, kam erst nach mehreren Stunden in Gang, fand die Molekularbiologin Ines Fuchs heraus. Die ersten charakteristischen Signale traten nach sechs Stunden auf und waren 24 Stunden später in vollem Gange. In dieser Phase ist die Falle dann komplett sauer und reich an Verdauungsenzymen.

Stabilisierend: Glutathion hält Enzyme fit

Professor Heinz Rennenberg (Freiburg) fand im Sekret zudem Glutathion (GSH). Dieses Molekül hält die Enzyme in der sauren Umgebung der Venusfalle funktionell.

Die beschriebenen Prozesse laufen identisch und in derselben zeitlichen Abfolge ab, wenn man die Sinneshaare der Falle reizt oder wenn man einfach nur das Hormon Jasmonat auf die Falle einwirken lässt. „Eine Berührung aktiviert sehr rasch die Jasmonat-Signalkette, aber die von dem Hormon vermittelte Herstellung der Vesikel und ihre Beladung mit der richtigen Fracht braucht dann ihre Zeit“, so Hedrich.

Grundlegend: Ohne Kalzium geht es nicht

Wie die Venusfalle ihren „grünen Magen“ mit der richtigen Mischung flutet und das Beutetier in seine Nährstoffbestandteile zerlegt, lässt sich mit der Technik der Magnetresonanz-Spektroskopie (MRT) zeigen. Dafür war Eberhard Munz vom MRT-Zentrum des Würzburger Physikalischen Instituts zuständig.

Seine Experimente zeigten auch: Blockiert man den Einstrom von Kalzium in die Drüsen, bleibt die Falle trocken. „Ohne die Kalzium-Aktivierung der Drüsenzellen geht es eben nicht“, sagt Hedrich. „Wir werden uns daher die Biologie der Kalzium-Kanäle bei der Venusfliegenfalle jetzt näher anschauen. Dabei wollen wir auch den Mechanismus untersuchen, über den die von den Sinneshaaren ausgesandten Signale in der Drüse gezählt und in jasmonatabhängige Biologie übersetzt werden.“

„Insect haptoelectrical stimulation of Venus flytrap triggers exocytosis in gland cells”, Sönke Scherzer, Lana Shabala, Benjamin Hedrich, Jörg Fromm, Hubert Bauer, Eberhard Munz, Peter Jakob, Khaled A. S. Al-Rascheid, Ines Kreuzer, Dirk Becker, Monika Eiblmeier, Heinz Rennenberg, Sergey Shabala, Malcolm Bennett, Erwin Neher, and Rainer Hedrich. PNAS, 18. April 2017, DOI 10.1073/pnas.1701860114

Kontakt

Prof. Dr. Rainer Hedrich, Lehrstuhl für Botanik I (Pflanzenphysiologie und Biophysik), Universität Würzburg, T (0931) 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de

Robert Emmerich | Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics