Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Pflanzen per Photosynthese die Umwelt "erspüren"

09.07.2003


Der Biologe Dr. Thomas Pfannschmidt von der Universität Jena bei der Vorbereitung von Proteinproben für weitere vergleichende Analysen. (Foto: Scheere/FSU-Fotozentrum)


Biologe der Universität Jena beweist: Photosynthese stellt einen empfindlichen Umweltsensor dar


Leben ist auf der Erde nicht denkbar ohne Photosynthese. Ob Nahrungsmittel, fossile oder biologische Brennstoffe, sie entstammen diesem fundamentalen biologischen Prozess, bei dem Pflanzen das Sonnenlicht in Energie umwandeln. Seit gut 200 Jahren erforschen Wissenschaftler die Photosynthese. Doch erst seit kurzem beginnen die Experten zu verstehen, dass dieser Prozess nicht alleine die Energie für das pflanzliche Wachstum liefert. Die Photosynthese leistet weit mehr, wie PD Dr. Thomas Pfannschmidt vom Institut für Allgemeine Botanik und Pflanzenphysiologie der Universität Jena in seiner jüngst abgeschlossenen Habilitation zeigen konnte. Der Jenaer Biologe und seine Kollegen sind sich sicher, dass die Photosynthese einen empfindlichen Umweltsensor darstellt, der präzise auf das Wasserangebot, die Lichtqualität, den CO2-Gehalt der Atmosphäre und die Versorgung mit Nährstoffen reagiert.

Wie verarbeitet die Photosynthese Informationen über ihre Umwelt und wie schafft sie es, auf Veränderungen quasi "intelligent" zu reagieren? "Die Photosynthese findet in einer hoch spezialisierten und von der übrigen Zelle räumlich getrennten Minifabrik statt", erläutert Pfannschmidt. Diese von Biologen als Chloroplast bezeichnete Fabrik besitzt ein ungewöhnliches Merkmal: eigene Gene. Üblicherweise befindet sich die genetische Information der Zelle im so genannten Zellkern, die Gene für die Photosynthese sind jedoch kurioserweise auf Chloroplast und Zellkern verteilt. Um die Photosyntheseprozesse sinnvoll zu koordinieren, tauschen Kern und Chloroplast immense Datenmengen aus. Lange standen die Photosyntheseforscher vor der Frage, warum ein solch aufwändiges System im Lauf der Evolution erhalten blieb.


1999 brachte Pfannschmidt erstes Licht ins Dunkel der Vermutungen. In einer Versuchsreihe zeigte er mit Kollegen von der Universität Lund, wie sich der Zustand bestimmter Photosynthesekomponenten im Chloroplasten bei extremer Belichtung und Überlastung des Photosyntheseapparates veränderte. Diese so genannten Redox-aktiven Komponenten "erspüren" die Veränderung in der Umwelt und senden Signale direkt an die Chloroplasten-eigenen Photosynthesegene: Während sie einen Teil dieser Gene aktivieren, werden andere gleichzeitig inaktiviert. Weil die Wissenschaftler parallel auch die Leistung der Photosynthese gemessen hatten, konnten sie demonstrieren, wie die regulierte Genaktivität auch die Photosyntheseleistung veränderte und den Lichtverhältnissen angepasst hatte. Damit war bewiesen, dass die Gene des Chloroplasten eine wichtige Rolle für die Verwirklichung von Rückkopplungsschleifen und die Selbstkontrolle der Photosynthese spielen. In weiteren Arbeiten zeigte Pfannschmidt mit seinen Jenaer Mitarbeitern, dass diese Signale auch die Aktivität der Gene im Zellkern beeinflussen und dass damit die Photosynthese eine zentrale Regulatorfunktion in den Zellen von Pflanzen einnimmt.

Was die Photosyntheseexperten fasziniert, besitzt auch einen erheblichen praktischen Nutzen. Rückkopplungsschleifen können die Photosynthese hemmen und vermindern die Produktivität und den Ertrag von Nutzpflanzen. Im Licht globaler Klimaveränderungen mit zunehmendem Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre, steigenden Temperaturen und häufigeren Dürren in heute fruchtbaren Regionen erhält die Idee von der Photosynthese als Umweltsensor sogar eine globale Dimension: Um zu verstehen wie Pflanzen auf die künftigen Umweltveränderungen reagieren werden, können die Jenaer Biologen mit ihrer Arbeit dem Puzzle der Photosyntheseregulation eine Vielzahl neuer Bausteine hinzufügen.

Die Photosynthese:

Unter Verbrauch von Wasser (H20) und Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre verwandeln Pflanzen dabei die Energie des Sonnenlichts in eine für Organismen nutzbare Form, in Zucker. Ganz nebenbei entsteht auch noch Sauerstoff (O2), den fast alle Arten für die Atmungsprozesse nutzen. Pflanzen tragen mit dieser photosynthetischen Aufnahme von CO2 und der Abgabe von O2 zum Aufbau der Erdatmosphäre bei und prägen das globale Klima.

Kontakt:

PD Dr. Thomas Pfannschmidt
Institut für Botanik und Pflanzenphysiologie
der Universität Jena
Dornburger Straße 159, 07743 Jena
Tel.: 03641 - 949236
Fax: 03641 - 949232
E-Mail: Thomas.Pfannschmidt@uni-jena.de

Axel Burchardt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Berichte zu: Biologe Chloroplast Photosynthese Umweltsensor Zellkern

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zika und Gelbfieber: Impfstoffe ohne Ei
21.09.2018 | Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg

nachricht Einbahnstraße für das Salz
21.09.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert zu beantworten. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle. Den Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, in einem magnetischen Material, in diesem Fall Kobalt, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Elektronen sichtbar zu machen, die letztlich zur Ausbildung der magnetischen Eigenschaften führt. Damit sind erstmals genaue Einblicke in den elektronischen Ursprung des Magnetismus möglich, die vorher nur auf theoretischem Weg zugänglich waren.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forscher ein spezielles Elektronenmikroskop, das das Forschungszentrum Jülich am Elettra-Speicherring im italienischen Triest...

Im Focus: Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung?

Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des berühmten photoelektrischen Effekts zu messen.

Es war eines der entscheidenden Experimente für die Quantenphysik: Wenn Licht auf bestimmte Materialien fällt, werden Elektronen aus der Oberfläche...

Im Focus: Scientists present new observations to understand the phase transition in quantum chromodynamics

The building blocks of matter in our universe were formed in the first 10 microseconds of its existence, according to the currently accepted scientific picture. After the Big Bang about 13.7 billion years ago, matter consisted mainly of quarks and gluons, two types of elementary particles whose interactions are governed by quantum chromodynamics (QCD), the theory of strong interaction. In the early universe, these particles moved (nearly) freely in a quark-gluon plasma.

This is a joint press release of University Muenster and Heidelberg as well as the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

Then, in a phase transition, they combined and formed hadrons, among them the building blocks of atomic nuclei, protons and neutrons. In the current issue of...

Im Focus: Der Truck der Zukunft

Lastkraftwagen (Lkw) sind für den Gütertransport auch in den kommenden Jahrzehnten unverzichtbar. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Partner haben ein Konzept für den Truck der Zukunft erarbeitet. Dazu zählen die europaweite Zulassung für Lang-Lkw, der Diesel-Hybrid-Antrieb und eine multifunktionale Fahrerkabine.

Laut der Prognose des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur wird der Lkw-Güterverkehr bis 2030 im Vergleich zu 2010 um 39 Prozent steigen....

Im Focus: Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab. Für Sekundenbruchteile entsteht ein Plasma. Dabei koppeln die Elektronen mit dem Laserlicht und erreichen beinahe Lichtgeschwindigkeit. Beim Herausfliegen aus der Materialprobe ziehen sie die Atomrümpfe (Ionen) hinter sich her. Um diesen komplexen Beschleunigungsprozess experimentell untersuchen zu können, haben Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Diagnostik für innovative laserbasierte Teilchenbeschleuniger entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X“.

„Unser Ziel ist ein ultrakompakter Beschleuniger für die Ionentherapie, also die Krebsbestrahlung mit geladenen Teilchen“, so der Physiker Dr. Thomas Kluge vom...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungen

Forum Additive Fertigung: So gelingt der Einstieg in den 3D-Druck

21.09.2018 | Veranstaltungen

12. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

20.09.2018 | Veranstaltungen

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

Tiefseebergbau: Forschung zu Risiken und ökologischen Folgen geht weiter

21.09.2018 | Geowissenschaften

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Optimierungspotenziale bei Kaminöfen

21.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

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