Der Einfluss von kurzen Phasen der Schwerelosigkeit auf schwerkraftwahrnehmende Zellen Höherer Pflanzen



Die Orientierung der meisten Pflanzenorgane, wie etwa Blätter, oder Stängel,  ist genetisch vorprogrammiert. So wachsen Sprosse nach oben und Wurzeln nach unten in den Boden. Jede Abweichung von der ursprünglichen vertikalen Ausrichtung wird von spezialisierten Zellen, denStatozyten, registriert. Diese Zellen besitzen schwere, stärkereiche Partikel, die Statolithen. Sie lagern sich stets in Richtung der Schwerkraft ab und aktivieren auf der jeweils unteren Zellseite bestimmte Rezeptorproteine zur Schwerkraft-Wahrnehmung.

Die Aktivierung der Rezeptoren erzeugt ein physiologisches Signal, das eine Abfolge von zellulären Vorgängen in Gang setzt. Diese beeinflussen das Wachstum des Pflanzenorgans. Die Ausrichtung des Organs wird dabei über eine unterschiedliche Streckung der oberen und unteren Organseite präzise kontrolliert und korrigiert. Diese Fähigkeit bezeichnet man als Gravitropismus.

Die Wissenschaftler hatten bereits in vorangegangenen Parabelflugexperimenten für Niedere und Höhere Pflanzen nachgewiesen, dass die Statolithen die Schwerkraftrezeptoren auch in Schwerelosigkeit aktivieren können. Da die schwerelosen Statolithen nicht durch ihr Gewicht Druck auf die Rezeptorproteine ausüben können, bedeutet das, dass die Schwerkraftrezeptoren nicht mechanisch aktiviert werden. Dies hatten viele Forscher lange Zeit vermutet. Die Aktivierung erfolgt vielmehr über direkte Wechselwirkungen zwischen Proteinen auf der Statolithenoberfläche und den Rezeptoren.

Diese Schlussfolgerung beruht auf der Annahme, dass die Statolithen während der Schwerelosigkeitsphasen in Kontakt mit den Rezeptorproteinen bleiben und nicht durch das zelleigene muskelähnliches Proteinsystem (Aktomyosin) wegbewegt werden. Dieses hält die Statolithen normalerweise in ständiger Bewegung.  Für Niedere Pflanzen, haben die Wissenschaftler bereits bestätigen können, dass Statolithen den Kontakt mit den Rezeptoren während der kurzen Schwerelosigkeitsphasen nicht verlieren.

Um dies auch für die Statozyten Höherer Pflanzen zu zeigen, werden im aktuellen Experiment Wurzelkeimlinge der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) verwendet. Zu Beginn und am Ende der Schwerelosigkeitsphasen fixieren die Wissenschaftler die Keimlinge mit chemischen Substanzen und stabilisieren damit die Lage der Statolithen in den Zellen. Die mikroskopische Auswertung im Bodenlabor wird dann zeigen, ob auch in Höheren Pflanzen die schwerelosen Statolithen in Kontakt mit den Gravirezeptoren bleiben. In diesem Fall würden die Wissenschaftler den Nachweis erbringen, dass die Höheren Pflanzen prinzipiell den gleichen zellulären Mechanismus für die Schwerkraftwahrnehmung besitzen wie die Niederen Pflanzen.


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Nicole Greuel
Universität Bonn
, Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen (IMBIO)
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