Wie reagieren Pflanzenzellen auf Schwerkraftänderungen?



Pflanzen sind sessile Lebewesen, die im wahrsten Sinne des Wortes fest mit ihrem Standort verwurzelt sind. Woher "wissen" aber Pflanzen, wie sie sich im Raum orientieren müssen? Für die lebensnotwendige Photosynthese müssen die Blätter zur Sonne ausgerichtet sein, und für eine optimale Wasser- und Nährstoffversorgen sowie festen Halt muss die Wurzel in die Erde hinein wachsen. Mit diesem spannenden Phänomen beschäftigen sich Wissenschaftler auf der ganzen Welt bereits seit Jahrzehnten, ohne diese Frage bislang vollständig beantworten zu können.

Unbestritten ist, dass zwei stabile Größen auf diese Orientierung einen starken Einfluss haben: die Sonne und die Erdanziehungskraft (Gravitation). Wird eine Pflanze zu Boden gedrückt, so wächst schon nach kurzer Zeit der Spross wieder senkrecht nach oben und die Wurzel nach unten. Dieses Ereignis hat bestimmt schon jeder beobachtet, wenn bspw. nach einem Sturm Getreidehalme zunächst flach am Boden liegen und bereits am nächsten Tag wieder gerade stehen.

Um beide Einflüsse - Licht und Gravitation - getrennt voneinander untersuchen zu können, muss einer der beiden Parameter ausgeschaltet werden. Für das Licht stellt das kein großes Problem dar, da die entsprechenden Versuche einfach im Dunkeln durchgeführt werden können. Die Schwerkraft "auszuschalten" ist hingegen eine größere Herausforderung. Eine Möglichkeit dazu bieten Parabelflüge. Bei den Flugmanövern wechseln sich Phasen mit erhöhter Schwerkraft am Anfang und Ende der Parabel mit Schwerelosigkeit ab.

Auf der 19. DLR-Parabelflugkampagne untersuchen Tübinger Wissenschaftler den Einfluss von Schwerkraft und Schwerelosigkeit auf Regulationsvorgänge in Pflanzenzellen. Da die Parabelflugmanöver nur etwa eine Minute und die einzelnen Schwerkraftphasen sogar nur wenige Sekunden dauern, hat sich die Arbeitsgruppe auf Pflanzenzellkulturen spezialisiert.

Bei diesen Einzelzellen werden zwei verschiedene Vorgänge untersucht, die innerhalb von Sekunden ablaufen und daher perfekt für Experimente während eines Parabelfluges geeignet sind. Zum einen wollen die Wissenschaftler bestimmen, ob und wie viele pflanzliche Proteine während des Fluges in ihrer Aktivität beeinflusst werden. Zum anderen wollen sie klären, ob Kalzium (ein wichtiger sogenannter sekundärer Botenstoff sowohl im tierischen als auch im pflanzlichen System) an schwerkraftabhängigen Regulations-Prozessen in Pflanzen beteiligt ist.


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Prof. Rüdiger Hampp
Universität Tübingen

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