Schwerkraftwahrnehmung von Pflanzen und Pilzen: Wechselwirkungen zwischen Schwerkraft und Magnetfeldern



Das Schwerefeld der Erde ist für Pflanzen und Pilze einer der wichtigsten Reize, um sich im Raum zu orientieren. Sprosse und Stämme wachsen in der Regel nach oben, Wurzeln wachsen nach unten. Der erste Schritt beim schwerkraftorientierten Wachstum besteht in der Wahrnehmung der Schwerkraftrichtung.

Diese Wahrnehmung geschieht durch einen Rezeptor, der den physikalischen Schwerkraftreiz in ein biochemisches Signal umwandelt, durch das die Wachstumsrichung kontrolliert, beziehungsweise korrigiert wird. Die anfänglichen Abläufe bei der Schwerkraftwahrnehmung (Graviperzeption), die so genannten Primärreaktionen, sind kaum bekannt und stehen im Mittelpunkt der Experimente.

Während das Wachstum sehr langsam abläuft, spielen sich die Primärreaktionen der Schwerkraftwahrnehmung in Millisekunden ab. Aufgrund dieser Geschwindigkeit können die Primärreaktionen während der 22 Sekunden dauernden Schwerelosigkeit in Parabelflügen untersucht werden.
 
Kürzlich wurde entdeckt, dass auch das geomagnetische Feld der Erde die pflanzliche Graviperzeption beeinflusst. Weil sich die Stärke des Magnetfeldes während der Flugparabeln ändert, wollen die Wissenschaftler untersuchen, ob die Primärreaktionen hierdurch beeinflusst werden. Die Forscher arbeiten dabei mit dem einzelligen Pilz "Phycomyces blakesleeanus" und Keimlingen der Ackerschmalwand "Arabidopsis thaliana". Denn sowohl die Arabidopsis-Keimlinge als auch die Fruchtkörper von Phycomyces reagieren sehr empfindlich auf Schwerkraftreize.

Um schnelle Primärreaktionen zu analysieren werden die Wissenschaftler während des Parabelfluges messen, wie Beschleunigungsreize die optischen Eigenschaften der Fruchtkörper von Phycomyces und der Arabidopsis-Keimlinge verändern. Beide Organismen sind nahezu transparent und daher spektroskopisch gut analysierbar. Bei Phycomyces und auch bei Arabidopsis werden so genannte GIACs (gravity-induced absorption changes), also durch Schwerkraft verursachte Änderungen in der Lichtabsorption gemessen, die bei doppelter Erdanziehungskraft und Schwerelosigkeit während der Flugparabeln auftreten. Die spektralen Änderungen erlauben Rückschlüsse auf die Moleküle, die an den Primärreaktionen der Graviperzeption beteiligt sind.
 
Die Experimentatoren messen spektroskopisch, wie schnell dies beim Eintritt in die Schwerelosigkeit beziehungsweise bei doppelter Erdschwerkraft geschieht. Gleichzeitig ermitteln sie auch das Magnetfeld im Airbus, um zu erfahren, ob und wie die beiden Reize verrechnet werden. Die Untersuchungen erlauben Einsicht in die Empfindlichkeit von Landpflanzen und -pilzen gegenüber Schwere- und Magnetfeldern und liefern Informationen darüber, wie sich die Mechanismen pflanzlicher Schwerkraftwahrnehmung von denen im Tierreich unterscheiden.


Kontakt
Professor Dr. Paul Galland
Universität Marburg

Fachbereich Biologie/Botanik

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