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05.09.2018

Wie Pflanzen Böden entgiften

Ute
Krämer

Beruf
Biochemikerin

Position
Inhaberin des Lehrstuhls für Molekulargenetik und Physiologie der Pflanzen an der Ruhr-Universität Bochum (RUB)

Prof. Dr. Ute Krämer
Quelle: 
Ruhr-Universität Bochum
Die Bochumer Pflanzenforscherin Ute Krämer untersucht anhand der Hallerschen Schaumkresse, wie anpassungsfähig Pflanzen sind, um selbst auf verseuchten Böden zu wachsen.

Ute Krämer will verstehen, wieso Pflanzen selbst auf kontaminierten Böden gedeihen können. Dafür hat die Bochumer Biochemikerin europaweit Exemplare der Hallerschen Schaumkresse untersucht. Das Kreuzblütengewächs hat das seltene Talent, auf schwermetallhaltigen Böden zu wachsen, die Giftstoffe in ihren Blättern zu speichern und damit Böden zu entgiften. Wie solche Anpassungen genetisch reguliert werden, will die Forscherin in den kommenden fünf Jahren herausfinden. Dafür erhielt sie vom Europäischen Forschungsrat einen mit 2,5 Mio. Euro dotierten "Advanced Grant". 

Frage 

Wie hat sich die Schaumkresse an unwirtliche Umgebungen angepasst? Gab es regionale Unterschiede hinsichtlich der entwickelten Eigenschaften, insbesondere der Schwermetallspeicherung?

Prof. Dr. Ute Krämer
Antwort 

Es ist wichtig zu verstehen, dass in dieser Pflanzenart zwei Talente zu beobachten sind. Sie reichert einige Schwermetalle in unübertroffen starkem Ausmaß in ihren Blättern an - und das auch aus „sauberen“ Böden, die nur Spuren dieser Schwermetalle enthalten. Hierbei gibt es große regionale Unterschiede im Ausmaß der Anreicherung von Cadmium in den Blättern, welche vermutlich evolutionär jünger ist als die Anreicherung von Zink im gesamten Verbreitungsgebiet der Art. Dazu hat diese Pflanze an vielen Orten unabhängig immer wieder stark schwermetallbelastete Böden besiedelt, obwohl diese Böden eigentlich Pflanzen und andere Lebewesen abtöten. Die in der Vergangenheit schon vorhandene erste Eigenschaft der Hallerschen Schaumkresse (Arabidopsis halleri) hat offenbar das spätere Entstehen der zweiten Eigenschaft begünstigt. Die Anreicherung von Schwermetallen in den Blättern setzt nämlich eine erhöhte Schwermetalltoleranz voraus, die zunächst auch auf unbelasteten Böden durch Mutation und Selektion entstanden ist. Danach war der zusätzlich erforderliche evolutionäre Schritt der Anpassung an hochgradig verseuchte Standorte kleiner und dadurch sehr viel wahrscheinlicher und folglich häufiger als bei anderen Pflanzen. 

Frage 

Unter welchen Bedingungen wurden besonders viele Schwermetalle in den Blättern angereichert und welche Stoffe waren das?

Prof. Dr. Ute Krämer
Antwort 

Wir haben gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern beobachtet, dass die Pflanzen sowohl auf Fraßschäden an den Blättern als auch auf eine natürliche Population von Bodenbakterien mit der verstärkten Anreicherung von Cadmium in den Blättern reagieren. Es waren wohl Interaktionen mit anderen Lebewesen, die genau jenen Individuen der Pflanzenart einen Überlebensvorteil oder einen Fortpflanzungsvorteil verschafft haben, die in der Lage waren, höhere Mengen an Schwermetallen in ihre Blätter einzulagern. 

Frage 

Welche Rolle spielt dabei die Bodenzusammensetzung? 

Prof. Dr. Ute Krämer
Antwort 

Auf schwermetallverseuchten Böden sind in den Blättern dieser Pflanzen die Konzentrationen von Schwermetallen, insbesondere Zink, Cadmium und Blei, am höchsten. Wenn man aber die Zusammensetzung des umgebenden Bodens in die Betrachtung einbezieht, dann ist die Effizienz der Schwermetallanreicherung deutlich höher in den Individuen der Hallerschen Schaumkresse, die von unbelasteten Böden stammen.

Frage 

Wie ist die unterschiedliche Ausprägung der Schwermetallkonzentration in den Blättern zu erklären?

Prof. Dr. Ute Krämer
Antwort 

Darüber kann man zu diesem Zeitpunkt nur spekulieren. Eine Toleranzentwicklung in natürlichen Pflanzenschädlingen gegenüber dem vergleichsweise wenig giftigen Schwermetall Zink könnte beispielsweise dazu geführt haben, dass für diese Pflanzen hier und da eine Anreicherung des sehr viel giftigeren Cadmiums von Vorteil war. In schwermetallverseuchten Umwelten war dann womöglich der Selektionsdruck auf Pflanzenschädlinge unvergleichlich höher, sodass Zink und Cadmium an Wirksamkeit einbüßten und sich in der Hallerschen Schaumkresse mancherorts die Fähigkeit zur Anreicherung des giftigsten Schwermetalls Blei verstärkt hat. Hinzukommen muss eine enorme evolutionäre Flexibilität der Pflanzen, solche Veränderungen vielmals hervorzubringen. Allerdings werden wir in den kommenden Jahren die zugrunde liegenden genetischen Veränderungen untersuchen. Die Hallersche Schaumkresse ist dafür ein geeigneter Modellorganismus. Derzeit können wir nicht ausschließen, dass sich im Laufe der Entwicklung in manchen Linien die Fähigkeit der evolutionären Anpassung an bestimmte Umweltveränderungen gesteigert hat. 

Interview: Beatrix Boldt

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