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16.03.2018

Puzzleartige Pflanzenzellen sind standhafter

Max-Planck-Forscher fanden heraus, dass Oberflächenzellen vieler Pflanzen Puzzleteilen gleichen. Sie greifen ineinander und halten dem inneren Druck auf die Zellwand stand.

Epidermis-Zellen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Mit der Form von Puzzleteilen können die Zellen dem gewaltigen Druck, der in ihrem Innern herrscht, besser standhalten.
Epidermis-Zellen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Mit der Form von Puzzleteilen können die Zellen dem gewaltigen Druck, der in ihrem Innern herrscht, besser standhalten.
Quelle: 
MPI f. Pflanzenzüchtungsforschung/ Smith

Lignineinlagerungen in der Zellwand geben Pflanzen den notwendigen Halt. Im Vergleich zu diesen verholzten Arten besitzen viele Gewächse dieses Stützskelett nicht. Forscher am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln haben untersucht, was diesen nicht verholzten Pflanzen Halt verschafft. Danach ist es eine spezielle Form der Epidermiszellen, die diese nicht verholzten Pflanzen widerstandsfähig macht. Diese Oberflächenzellen gleichen demnach Puzzleteilen, die mit Aus- und Einbuchtungen exakt ineinandergreifen, wie die Wissenschaftler im Fachjournal „eLife“ berichten.

„Durch ihre unregelmäßige Form können die Oberflächenzellen die mechanische Beanspruchung durch den Turgordruck deutlich verringern. Zellen, die wie Puzzleteile geformt sind, können dem Turgordruck mit einer dünneren Zellwand widerstehen. Eine Pflanze kann dadurch überlebenswichtige Ressourcen sparen“, erklärt Richard Smith vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung", erklärt Richard Smith vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung.

Zellinnendruck größer als in Autoreifen

Denn die Pflanzenteile stehen heftig unter Druck. Da in der Flüssigkeit im Zellinnern mehr Stoffe gelöst sind als in der Umgebung, strömt von außen Wasser in die Zelle und erzeugt den sogenannten Turgordruck. Dabei entstehen Kräfte die mit über 20 bar größer sind als der Druck in einem Autoreifen. Die puzzelartigen Epidermiszellen verhindert also, dass der innere Druck des Zellsafts auf die Zellwand die Pflanze bei Unwettern einknicken lässt oder zum Platzen bringt.

Modell einer Pflanzenzelle: Die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass je kleiner der Kreis (gelb) ist, der in einer Zelle Platz findet, desto geringer ist die mechanische Belastung.
Quelle: 
MPI f. Pflanzenzüchtungsforschung/ Smith

Modell einer Pflanzenzelle: Je kleiner der Kreis (gelb) ist, der in einer Zelle Platz findet, desto geringer ist die mechanische Belastung. Unregelmäßig geformte Zellen wie diese können daher ihrem Innendruck besonders gut standhalten.

Wachstum bestimmt Form der Epidermiszellen

Anhand des Computermodells wurde auch deutlich, dass die unterschiedlichen Zellformen entstehen, ohne dass die Zellen über Botenstoffe miteinander kommunizieren müssen. Die Forscher vermuten daher, dass die Zellen „rein über die Kräfte, die sie auf ihre Nachbarn ausüben“, kommunizieren und Formveränderungen auslösen. Fazit: Mit einer entsprechenden Zellform können Pflanzen ihren Ressourcenverbrauch reduzieren. Das Wissen um die puzzleartige Zellform und ihre Entstehung könnte die Grundlage für die Entwicklung neuer selbstwachsender Materialien sein, deren Form von aufblasbaren „Zellen“ vorgegeben wird.

bb

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