Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Faszinierende Bioaerosole aus dem Regenmantel von Kleinzikaden

29.09.2005


GSF-Wissenschaftler beobachten hohes Vorkommen an bisher kaum wenig bekannten, luftgetragenen Partikeln


Brochosomen weisen eine frappierende Ähnlichkeit mit Fußbällen auf. Bei einem Durchmesser von 0,4 µm sind die winzigen Bioaerosole jedoch eine Millionen mal kleiner als ihre luftgefüllten Verwandten. Wittmaack/Wehnes/Heinzmann


Überraschenderweise können Brochosomen nach der Abscheidung noch mit benachbarter fester Materie reagieren, insbesondere mit nahliegenden mineralischen Aerosolpartikeln. In Nischen abgelagert kann sich ein abgelagertes Brochosom sogar spinnenartig verformen - als wenn noch ein Rest von Leben in ihm stecken würde. Wittmaack/Wehnes/Heinzmann



Dr. Klaus Wittmaack vom Institut für Strahlenschutz am GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit hat beim Sammeln von Feinstaub entdeckt, dass eine bisher weitgehend unbekannte Art von Bioaerosolen, sogenannte Brochosomen, in völlig unerwartet hoher Konzentration in der Luft vorkommen. Brochosomen werden von Kleinzikaden produziert, um sich damit gegen Benetzung durch Wassertropfen zu schützen. Nach einer Häutung scheiden sie ein brochosomenhaltiges Sekret aus und verteilen dieses mit den Hinterbeinen über ihren ganzen Körper. Die so erzeugte Bedeckung mit Brochosomen ist extrem wasserabweisend, was die Tierchen quasi gegen Regen imprägniert. Beim Verteilen des Sekrets gehen sie vermutlich jedoch ziemlich verschwenderisch vor: Oft fallen ganze Pakete von Brochosomen auf den Boden, um dann vom leisesten Lufthauch davon getragen zu werden.

... mehr zu:
»Brochosom »Kleinzikaden


Einzelne Brochosomen haben einen Durchmesser zwischen 0.25 und 0.6 µm, mit einem ausgeprägtem Häufigkeitsmaximum bei 0.4 µm. Als Größenvergleich kann der Durchmesser eines menschlichen Haares mit 100 µm (0,1 mm, also dem zehnten Teil eines Millimeters) herangezogen werden. Somit entspricht der Durchmesser von 250 Brochosomen dem eines Haares.

Ihre faszinierende Schönheit offenbarte sich bei elektronenmikroskopischen Untersuchungen, die Wittmaack mit Unterstützung von Helga Wehnes bei seinem Kollegen Dr. Ulrich Heinzmann am GSF-Institut für Pathologie durchführen konnte. Wie perfekt geformte Mikrofußbälle erscheinen die winzigen, aus einem protein- und lipidhaltigem Gerüst aufgebauten Hohlkugeln.

Wittmaack ist besonders von der Geometrie der Hohlkugeln fasziniert: "Die fünf- und sechseckigen Strukturen spiegeln ein universelles Konstruktionsprinzip wider." Nur mit einer solchen Struktur können dreidimensionale Gebilde wie Kugeln oder Rohre entstehen; deshalb zieht sich diese Form durch alle Größenskalen von Natur und Technik: von der molekularen Ebene der Fullerene (C60) und Nanoröhrchen - zwei Modifikationen des Kohlenstoffs, deren Bau auf diesem Prinzip basiert - über Fußbälle bis hin zu mächtigen kuppelförmigen Gebäuden.

Fast allen Forschern sind die Brochosomen bisher bei der Aerosolsammlung entkommen. "Wegen ihrer flauschigen Struktur sind Brochosomen schwer einzufangen", erklärt Wittmaack. Er hat deshalb die Technik so verfeinert, dass die kleinen Bioaerosolteilchen doch im Sammelgerät hängen blieben. Dabei stellte sich heraus, dass Brochosomen zumindest in der warmen Jahreszeit massenhaft durch die Luft schweben, meist in Aggregaten von vielen tausend Stück. "Alle einzelnen Brochosomen berücksichtigt, ist ihre Anzahlkonzentration in der Luft fast so hoch wie die von mineralischen Feinstaubpartikeln mit Größen oberhalb von einem Mikrometer", staunt Wittmaack. Völlig offen ist dabei noch die Frage, ob Brochosomen mit ihrer großen verschlungenen Oberfläche als Träger toxischer Substanzen dienen und damit möglicherweise einen signifikanten Beitrag zu den Gesundheitsrisiken liefern, die derzeit im Zusammenhang mit der Inhalation von Feinstaub diskutiert werden.

Aerosolpartikel werden meist mit so genannten Impaktoren gesammelt, die im einfachsten Fall aus einer mit Düsen versehenen Scheibe und einer nachfolgenden Prallplatte bestehen. Im Betrieb wird Luft durch die Düsen gesaugt und an der Prallplatte umgelenkt. Aerosolpartikel, die dem raschen Luftstrom nicht folgen können, bleiben an der Prallplatte beziehungsweise an einer darauf ausgelegten Sammelfolie hängen, etwa so wie Fliegen und Mücken auf die Windschutzscheibe eines rasch fahrenden Autos klatschen und daran kleben bleiben. Die Aufprallgeschwindigkeit und die elastischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln entscheiden darüber, ob sie tatsächlich auf der Prallplatte abgeschieden werden. Pollen können beispielsweise wie Gummibälle abprallen, leicht bewegliche Objekte wieder weggeblasen werden.

Oft zerfallen Aggregate von Brochosomen beim Aufprall im Impaktor, wobei die einzelnen Partikel in der Regel unversehrt bleiben. Frische Brochosomen zeigen sich unter Umständen sehr reaktiv: Findet sich eine geeignete Andockstelle, kann sich die Hohlkugelstruktur öffnen und das Brochosom nimmt quasi Kontakt zu benachbarten mineralischen Partikeln oder der Prallplatte selbst auf. "Dabei fanden wir erstaunliche Veränderungen. Einige Brochosomen hatten sich über nabelschnurähnliche Verbindungen an benachbarte Partikel angelagert, andere bildeten domartige Strukturen. Ein Brochosom hatte sich sogar vollständig geöffnet und hing wie ein Spinnennetz zwischen Wänden aus anorganischen Aerosolpartikeln", so Wittmaack. Vor allem Brochosomen, die dem Forscher gleich zu Beginn der warmen Jahreszeit in die Falle gingen, zeigten solche Reaktionen. "Diese Reaktivität verliert sich offensichtlich im Alterungsprozess", erklärt er, "Brochosomen, die erst im Spätsommer oder im frühen Herbst gesammelt wurden, zeigten keine bedeutenden Strukturveränderungen mehr".

Literatur

K. Wittmaack: Atmos. Environ. 39 (2005) 1173-1180;
K. Wittmaack et al.: Sci. Total Environ. 346 (2005) 244-255.

GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel: 089/3187-2460
Fax 089/3187-3324
E-Mail: oea@gsf.de

Michael van den Heuvel | idw
Weitere Informationen:
http://www0.gsf.de/neu/Aktuelles/Presse/2005/brochosomen.php
http://www.gsf.de/

Weitere Berichte zu: Brochosom Kleinzikaden

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme
21.08.2018 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht In Form gebracht
21.08.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Zukünftige Informationstechnologien: Wärmetransport auf der Nanoskala unter die Lupe genommen

21.08.2018 | Physik Astronomie

Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

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