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Verblüffende Extreme biologischer Leistungen

Schaumkresse als Schwermetall-Staubsauger

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Zudem fanden die Wissenschaftler geografische Strukturen in den pflanzlichen Eigenschaften auf unterschiedlichen Größenskalen. Zum Beispiel konnten Pflanzen entlang der deutsch-tschechischen Grenze sehr viel besser Cadmium anreichern als Pflanzen in Norditalien. Und an einer Untergruppe von Standorten unterschieden sich Pflanzenindividuen an ein und demselben Standort besonders stark in ihrer Schwermetallanreicherung, ganz unabhängig von der Zusammensetzung des Bodens.

Die Forscher vermuten, dass es sich dabei um Ergebnisse von Evolution handelt, nämlich einer Vielzahl von Anpassungen der Pflanzen an standortabhängige ökologische Bedingungen.

Jetzt können genetische Studien folgen

Um zu belegen, dass die an natürlichen Standorten beobachteten Unterschiede in der Schwermetallanreicherung tatsächlich Ergebnis unterschiedlicher Eigenschaften einzelner Individuen der Art sind, bestätigten die Autoren exemplarisch ihre Resultate im Laborexperiment unter kontrollierten einheitlichen Bedingungen. „Alles in allem ergibt sich eine überraschende Individualität von Merkmalen in Pflanzen ein und derselben Art“, sagt Ute Krämer. „Nun sind genetische Studien möglich, um aufzudecken, wodurch diese Unterschiede bestimmt werden und wie sie in der Pflanze zustande kommen.“

Zukunftstechnologien auf Pflanzenbasis

Die Ergebnisse der Studie bedeuten einen weiteren Schritt hin zur Erschließung des enormen Potenzials, das in natürlicher Vielfalt verborgen liegt, für die Entwicklung nachhaltiger pflanzenbasierter Zukunftstechnologien. In diesem Fall ist zum Beispiel denkbar, Pflanzen einzusetzen, um wirtschaftlich interessante Metalle aus Böden anzureichern. Experten sprechen von Phytomining. Außerdem könnte man Pflanzen nutzen, um Schwermetall-verseuchte Böden zu reinigen, eine Technologie namens Phytoremediation.

Ursprünge besser verstehen

„Besonders bedeutend sind diese speziellen biologischen Phänomene aber für uns Menschen, um allgemeingültige Erkenntnisse über Evolutionsprozesse im Wechselspiel mit einer seit jeher höchst veränderlichen und oft lebensfeindlichen Umwelt zu gewinnen“, unterstreicht Ute Krämer. „Abgesehen von der äußerst wichtigen Befriedigung des menschlichen Erkenntnisbedürfnisses, unsere eigenen Ursprünge und die der uns umgebenden Natur besser zu verstehen, könnte das Überleben der Menschheit abhängen von einer erfolgreichen Entwicklung dieser allgemeinen Erkenntnisse in der nahen Zukunft.“

Die Arbeiten wurden im Schwerpunktprogramm „Adaptomics“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert, deren Koordinatorin Ute Krämer ist.

Originalveröffentlichung: Ricardo J. Stein, Stephan Höreth, J. Romário F. Melo, Lara Syllwasschy, Gwonjin Lee, Mário L. Garbin, Stephan Clemens Ute Krämer: Relationships between soil and leaf mineral composition are element-specific, environment-dependent and geographically structured in the emerging model Arabidopsis halleri, in: New Phytologist, 2016, DOI: 10.1111/nph.14219

* M. Drießen: Ruhr-Universität Bochum, 44801 Bochum

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