Forschungsergebnisse zeigen Fähigkeit der Kieselalgen zur Siliziumverarbeitung
Eine teilweise von der Europäischen Union finanzierte Studie hat zum ersten Mal die Fähigkeit von Kieselalgen zum Transport und zur Verstoffwechslung von Siliziumdioxid erforscht. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, die Rolle dieser Algengruppe in den biochemischen Stoffkreisläufen unserer Ozeane zu beleuchten. Kieselalgen produzieren nahezu 25% des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre, was fast dem Anteil entspricht, der von tropischen Wäldern erzeugt wird. In der in der Open-Access-Fachzeitschrift Public Library of Science (PLoS) One erschienenen Arbeit betrachtet das von Pascal Jean Lopez vom Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung Frankreich (French National Centre for Scientific Research, CNRS) geleitete Wissenschaftlerteam die Mechanismen, die die Bildung der glasähnlichen extrazellulären Skelette der Kieselalgen steuern. Bisher konnten die Prozesse, die für die Assimilierung, Speicherung und den Transport des Siliziums durch die Organismen verantwortlich sind, nur wenig aufgeklärt werden. Die Studie wurde zum Teil durch das MARGENES-Projekt ("Marine phytoplankton as novel model organisms for genomic and post-genomic studies of environmental sensing and niche adaptation") unter dem Fünften Rahmenprogramm (RP5) sowie das DIATOMICS-Projekt ("Understanding diatom biology by functional genomics approaches") im Sechsten Rahmenprogramm (RP6) und das Exzellenznetzwerk Marine Genomics ("Implementation of high-throughput genomic approaches to investigate the functioning of marine ecosystems and the biology of marine organisms") unterstützt. Die Studie konzentrierte sich auf eine Kieselalgenart mit der Bezeichnung Phaeodactylum tricornutum und deren Siliziumsynthese. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass während der Evolution der Kieselalgen eine Gruppierung bestimmter Gene begünstigt worden sein muss. Diese konnte wohl eine bessere Optimierung der Reaktionen auf veränderliche Reize aus der Umwelt ermöglichen. Es wurden Gene identifiziert, die wahrscheinlich an der Speicherung und der Verstoffwechslung von Silizium sowie an bestimmten, für den Siliziumtransport verantwortlichen Typen der Genregulation beteiligt sind. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Fähigkeit zur Anpassung an verschiedene Siliziumgehalte in marinen Umgebungen teilweise durch globale Regulierungen auf Ebenen vom Gen zum Genom und durch Posttranskriptionsregulation und die räumliche Verteilung von Proteinen entstehen kann. Während Silizium für das Wachstum vieler Arten von Kieselalgen unerlässlich ist, kommt Phaeodactylum tricornutum auch ohne Silizium aus und braucht es nicht unbedingt zum Überleben. Diese besondere Algenart lebt an mehreren Stellen rund um die Welt, typischerweise in den Küstengebieten mit großen Schwankungen des Salzgehalts. Phaeodactylum tricornutum ist überdies die erste gefiederte Kieselalge, für die vollständige Informationen zum Genom verfügbar sind. Die Forscher wollten wissen, ob die Kieselalge trotz ihrer spezifischen Eigenschaften noch versuchen würde, Silizium zu assimilieren. Kieselalgenzellen sind in einer einzigartigen Silikatzellwand eingeschlossen. Das biogene Siliziumdioxid, das die Zellwand bildet, wird intrazellulär durch die Polymerisation von Kieselsäuremonomeren synthetisiert. Dieses Material wird dann zur Außenseite der Zelle gedrängt und der Wand hinzugefügt. Zersetzung und Zerfall der Kieselalgen führen zur Umwandlung dieser Silikate in zurückbleibende Sedimente. Weitere Forschung zu diesem Thema wird ein besseres Verständnis des Glaschemismus ermöglichen und ein Vorgefühl für bestimmte Umweltmodifikationen geben, die mit Silizium und Kohlenstoffzyklen verbunden sind. Während das MARGENES-Projekt das Potenzial von Kieselalgen und Cyanobakterien als wissenschaftliche Modellorganismen untersucht, betrachtet das Projekt DIATOMICS speziell die marinen Kieselalgen und Fragen wie das Binden von Kohlendioxid, den Nährstofferwerb, Zunahme und Abnahme der Algenblüte sowie das Biofouling. Marine Genomics bringt Wissenschaftler, politische Entscheidungsträger, Unternehmen sowie auch andere Interessengruppen zusammen und ist der Entwicklung leistungsfähiger Ansätze für die Erforschung der Biologie mariner Organismen gewidmet.
Länder
Frankreich
