Pflanzenporen offenbaren ihre Geheimnisse
Eine durch die EU finanzierte Forschungsarbeit soll zu einer Neubewertung der Frage führen, wie Pflanzen bei der sogenannten Transpiration Wasserdampf in die Atmosphäre abgeben. Die in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte Studie wirkt sich auf so unterschiedliche Bereiche wie die Wettervorhersage, den Klimawandel, die Landwirtschaft und Hydrologie aus. Die EU-Mittel für diese Arbeit stammten aus dem Projekt LIFT ("Laser-induced fluorescence transient: a remote sensing approach to scale and quantify photosynthetic light use efficiency in ecosystems"), das mit einem dreijährigen internationalen Marie-Curie-Stipendium von 250.000 EUR aus dem Sechsten Rahmenprogramm (RP6) gefördert wurde. Pflanzenblätter sind übersät von winzigen, lippenförmigen Poren, den sogenannten Stomata, durch die Pflanzen Wasserdampf nach außen abgeben. Dieser Prozess kühlt und befeuchtet die Atmosphäre über der Vegetation, was sich wiederum auf Klima und Niederschlag auswirkt. Zusätzlich wird das Kohlendioxid (CO2), das Pflanzen für die Fotosynthese benötigen, über die Stomata vom Blatt aufgenommen. Wesentlich ist, dass Pflanzen die Größe ihrer Stomata verändern können, um die CO2-Aufnahme und die Feuchtigkeitsabgabe zu steuern. Daher haben die Stomata großen Einfluss auf die Produktivität der Pflanzen, den Klimawandel und den Wasserkreislauf. Allerdings hat sich die Untersuchung der Mechanismen zur Steuerung der Porengröße als schwierig erwiesen, weshalb die Beschreibungen dieses Prozesses in Computermodellen zum Klimawandel relativ mangelhaft sind. "Die Wissenschaftler befassen sich bereits seit mindestens 300 Jahren mit Stomata", sagte Joseph Berry von der Carnegie Institution in den USA. "Es ist erstaunlich, dass wir die Steuerungsmechanismen für die Regelung zum Öffnen oder Schließen der Stomata als Reaktion auf eine sich ständig verändernde Umwelt nicht erklären konnten." Einen Teil des Problems bringt die Tatsache, dass sie Transpirationssteuerung auf unterschiedlichsten Ebenen stattfindet, von atmosphärischen Turbulenzen bis runter zu Kanälen in der Zellmembran, die die Stomata bilden. Noch komplizierter wird es dadurch, dass sie von zwei verschiedenen Disziplinen erforscht wird, die traditionell unterschiedlich an das Problem herangehen. Der Ansatz der Meteorologen ist von oben nach unten gerichtet. Sie berechnen etwa die Energiemenge, die für die Verdampfung von Wasser benötigt wird. Dagegen neigten Pflanzenphysiologen dazu, sich auf Sensorsysteme und Bewegungssteuerung beim Öffnen der Stomata zu konzentrieren. Bisher gingen die Wissenschaftler davon aus, dass die Schließzellen um die Stomata die Porengröße als Reaktion auf Licht und andere Umgebungsfaktoren anpassen. Diese von Wissenschaftlern in Deutschland und den USA durchgeführte Arbeit zeigt nun allerdings, dass die Energie, die tief im Inneren des Blattes von Pigmenten und Wasser absorbiert wird, in Wirklichkeit den Grad der Verdampfung steuert. Die Versuche der Forschungsgruppe zeigen, dass die Blatthaut (Epidermis) sehr empfindlich auf den Unterschied zwischen dem Transpirationsgrad und der Menge an im Blattinneren produziertem Wasserdampf reagiert. "Das bedeutet, dass das aktuelle Modell der Steuerungsmechanismen für die Größe der Stomata angepasst werden muss", stellte Marie-Curie-Stipendiat Roland Pieruschka von der Carnegie Institution (derzeit am Forschungszentrum Jülich in Deutschland) fest. "Lange Zeit haben Forscher angenommen, dass die Hitze der Sonne, die von Pigmenten absorbiert wird, von Zelle zu Zelle bis zu den Kammern unter den Stomata transportiert wird, wo dann die Verdampfung stattfinden sollte. Bis zu einem gewissen Grad ist dies wohl auch der Fall, aber die hier vorgestellten Ergebnisse unterstützen eher unsere Hypothese, dass ein Großteil der Hitze durch Luftkanäle im Blatt transportiert wird, die mit Wasserdampf gefüllt sind."
Länder
Deutschland, Vereinigte Staaten