Die Grünalge Chlamydomonas nutzt Licht als Energiequelle, indem sie Sonnenlicht in chemische Energie umwandelt und dadurch Sauerstoff produziert und Kohlenstoff speichert. Deshalb wird sie häufig in technologischen Anwendungen für eine klimafreundlichere Industrie eingesetzt - etwa in sogenannten Photobioreaktoren. Dort stellt sie chemische Verbindungen für erneuerbare Biokraftstoffe und Wasserstoff für Brennstoffzellen her. 

Um ihren Einsatz zu verbessern, haben Forschende der Universität Bayreuth und des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen die Bewegungsmuster der Algen unter verschiedenen Lichtintensitäten untersucht. Die Studie ist im Fachjournal PNAS erschienen.

Die Bewegungsmuster der Algen verstehen 

Der Stoffwechsel der einzelligen Grünalge Chlamydomonas schaltet automatisch in eine Art Energiesparmodus, wenn kein Licht und Sauerstoff vorhanden sind. Als Nebenprodukt entsteht molekularer Wasserstoff. Die Bewegungsfähigkeit der einzelnen Zellen wird von der Lichtintensität gesteuert. Je stärker das Licht, desto schneller bewegen sie sich im Wasser. Das bedeutet, dass Lichtintensität und Schwimmgeschwindigkeit zusammenhängen: Umweltbedingungen beeinflussen die Beweglichkeit einzelner Mikroorganismen, was sich wiederum auf die kollektive Schwimmbewegung der gesamten Population auswirkt. Dies war laut dem Forschungsteam bisher so nicht bekannt. Ein besseres Verständnis dieser Bewegungsmuster soll dabei helfen, die biotechnologischen Anwendungen, in denen die Algen eingesetzt werden, effizienter zu designen. 

Weitere Verhaltensmuster

Die Studie hat außerdem gezeigt, dass sich die Grünalgen bei hoher Lichtintensität bevorzugt an der Wasseroberfläche aufhalten. Oliver Bäumchen vom Lehrstuhl für Experimentalphysik V der Universität Bayreuth erklärt warum: „Dieses Verhalten ist auf die Neigung der Mikroorganismen zurückzuführen, sich gegen die Schwerkraft zu bewegen. Dies bietet in einem natürlichen Gewässer einen evolutionären Vorteil, da die Einzeller an der Wasseroberfläche bessere Chancen auf eine gute Lichtausbeute vorfinden als in größeren Tiefen“. Zudem hat das Team herausgefunden, dass bei geringer Photosynthese – und somit weniger Bewegung der einzelnen Zellen – ein kollektiv gerichtetes Strömungsmuster entsteht. 

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