Arktische AlgenÜberleben in der Dunkelheit

14. August 2019, von Website Team Biologie

Foto: UHH/Florian Mundt

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fachbereichs Biologie haben die Anpassungsmechanismen der Algenart Cosmarium crenatum untersucht. In ihrer Studie konnten sie zeigen, dass sich die Organismen bei langanhaltender Dunkelheit schnell an die neuen Bedingungen anpassen. Die Ergebnisse sind nun in der Fachzeitschrift Scientific Reports erschienen.

Licht ist ein wichtiger Überlebensfaktor für Pflanzen. Es reguliert den Stoffwechsel und die Entwicklung der autotrophen Organismen. Daher konzentrieren sich viele Forschungsarbeiten auf die Frage, wie sich Pflanzen an veränderte Lichtbedingungen anpassen. Was jedoch passiert, wenn Licht komplett fehlt, ist wenig erforscht. Doktorand Florian Mundt aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Dieter Hanelt am Fachbereich Biologie hat nun untersucht, was mit der Algenart Cosmarium crenatum auf molekularer Ebene passiert, wenn sie auch längerer Dunkelheit ausgesetzt ist.

Insgesamt hat das Forschungsteam über 18 verschiedene Temperatur- und Lichtbedingungen getestet: Die kürzeste Dunkelzeit dauerte eine Stunde, die längste eine Woche. Bei den verschiedenen Algen-Gruppen wurde anschließend die Zellzahl und die Quantenausbeute der Photosynthese, die das Verhältnis zwischen der Anzahl der absorbierten Lichtquanten und einem daraus folgenden Prozess beschreibt, überwacht. Das Ergebnis: Die Zellzahl war stabil, aber die Quantenausbeute sank. Gleichzeitig wurden diejenigen Gene, die für den Stärkeabbau und Zuckertransportproteine zuständig sind, in denjenigen Algenproben, die der Dunkelheit ausgesetzt waren, vermehrt abgelesen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen daher davon aus, dass die Energieversorgung der Algen in dunklen Phasen über die vorher gespeicherte, chloroplastidäre Stärke sichergestellt wird - vor allem, wenn die Photosynthese aufgrund von Lichtmangel nicht stattfinden kann.

Die Algenart Cosmarium crenatum ist weltweit verbreitet und wurde bereits in Schottland, den nordwestlichen Gebieten in Kanada und vor Neuseeland entdeckt. C. crenatum wird als eine arktisch-alpine Art bezeichnet und kommt überwiegend unter rauen klimatischen Bedingungen vor, kann aber auch im Flachland leben. In diesen Lebensräumen unterscheiden sich Faktoren wie Temperatur, Nährstoffe und Licht enorm. In den polaren Süßwasserteichen sind die Algen beispielsweise einer anhaltenden Winterdunkelheit ausgesetzt, wobei die Eisbedeckung bis zu neun Monate andauern kann.

Originalpublikation

Florian Mundt, Dieter Hanelt, Lars Harms & Sandra Heinrich (2019): Darkness-induced effects on gene expression in Cosmarium crenatum (Zygnematophyceae) from a polar habitat. In: Scientific Reports, Volume 9. https://www.nature.com/articles/s41598-019-47041-7