Der Duft der Steine

Kieselalgen, wissenschaftlich Diatomeen, sind in vielen Gewässern heimisch. Als Hauptbestandteil des marinen Phytoplanktons bilden sie die Nahrungsgrundlage für eine Vielzahl von Meeresbewohnern.

Zudem produzieren sie rund ein Fünftel des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre und sind damit ein zentraler Faktor für das Weltklima. Die einzelligen, nur wenige Mikrometer winzigen Kieselalgen, besitzen aber auch noch eine weitere erstaunliche Fähigkeit: sie können Stein „riechen“.

„Genauer gesagt, sind die Algen in der Lage, gelöstes Silikat-Mineral zu orten“, erläutert Prof. Dr. Georg Pohnert von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Wie der Inhaber des Lehrstuhls für Instrumentelle Analytik/Bioorganische Analytik und sein Forscherteam in einer aktuellen Studie nachweisen konnten, spüren die Kieselalgen nicht nur Silikate im Wasser auf

. Sie bewegen sich außerdem aktiv an die Stellen, an denen der Silikatgehalt besonders hoch ist. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Fachblattes „Nature Communications“ veröffentlicht (DOI: 10.1038/ncomms10540).

Silikat benötigen die Algen zum Aufbau ihrer stabilen mineralischen Zellwände, die wie bei einem Schuhkarton mit Deckel aus zwei überlappenden Teilen bestehen. Während der Zellteilung erhalten die neuen Zellen jeweils eine Hälfte der Schachtel und bilden den fehlenden Deckel neu. „Das Baumaterial dafür müssen sich die Algen in ihrer Umgebung suchen“, sagt Pohnert, der zudem Fellow am Jenaer Max-Planck-Institut für chemische Ökologie ist.

Für ihre Studie haben die Jenaer Forscher gemeinsam mit internationalen Kollegen der Universität Gent (Belgien) Kieselalgen der Art „Seminavis robusta“ unter dem Mikroskop beobachtet und gefilmt. Das dabei entstandene Video zeigt, was passiert, wenn man den Algen ein Körnchen Silikat-Mineral vorsetzt:

Die winzigen Einzeller, die in einem Biofilm auf einer festen Unterlage wachsen, bewegen sich im Zickzack-Kurs auf die Silikatquelle in der Bildmitte zu und „fressen“ sie förmlich auf. Rund zwei Mikrometer pro Sekunde legen die Algen dabei zurück, wie das Video im Zeitraffer zeigt. „Es wird deutlich, dass die Kieselalgen-dominierten Biofilme eigentlich ständig in Bewegung sind“, macht Pohnert deutlich.

Wie den Algen eine so zielgerichtete Bewegung gelingt, ist den Forschern zum jetzigen Zeitpunkt noch völlig unklar. „Wir wissen derzeit nicht, über welche Rezeptoren die Algen verfügen und welche Mechanismen diesen ‚Wahrnehmungsprozess‘ steuern“, so Karen Grace Bondoc aus Pohnerts Team.

Die Doktorandin ist Stipendiatin der International Max Planck Research School „Exploration of Ecological Interactions with Molecular and Chemical Techniques” und Erstautorin der Publikation. Sie befasst sich in ihrer Promotionsarbeit mit den komplexen Interaktionen von Organismen in marinen Biofilmen.

Nachweisen konnten die Wissenschaftler allerdings, dass sich die Kieselalgen ausschließlich vom „Duft“ von Silikaten angezogen fühlen. Ersetzten die Forscher das Mineral gegen strukturell sehr ähnliche Germanium-haltige Salze, die für die Algen giftig sind, bewegen sie sich von der Mineralquelle weg.

Auch wenn es sich bei ihren Untersuchungen derzeit um reine Grundlagenforschung handelt, sehen die Jenaer Chemiker durchaus Möglichkeiten, ihre Erkenntnisse langfristig auch praktisch zu nutzen. „Wenn wir die Prozesse verstehen, die die Algen dazu bringen sich an einer Stelle anzusiedeln oder bestimmte Orte zu meiden, könnte man bestimmte Oberflächen und Materialien gezielt so gestalten, dass sie algenfrei bleiben“, macht Pohnert deutlich. Das ließe sich etwa an Schiffsrümpfen oder Wasserleitungen nutzen, an denen es durch Algenbewuchs häufig zu Schäden kommt.

Original-Publikation:
Bondoc KG et al. Selective silica-directed motility in diatoms, Nature Communications 2016 (DOI: 10.1038/ncomms10540)

Kontakt:
Prof. Dr. Georg Pohnert
Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Lessingstraße 8, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 948170
E-Mail: georg.pohnert[at]uni-jena.de

http://www.uni-jena.de/unijenamedia/Bilder/presse/researchnews/Kieselalgen_Pohne… – die Algenbewegung im Video (Quelle: AG Pohnert/FSU)
http://www.uni-jena.de