Botaniker haben Opalblumen gezüchtet • Elena Naimark • Science News zu "Die Elemente" • Botanik, 1. April, Molekularbiologie, Mineralogie

Botaniker haben Opalblumen gezüchtet

Die versteinerten Araucaria-Stämme aus Opal und Chalcedon sind ein Symbol für den Nationalpark des Versteinerten Waldes in Arizona, USA. Foto von incolors.club

Botaniker aus Deutschland konnten vollständig verkieselte Blüten bekommen. Dazu mussten sie eine Reihe von Genen modifizieren, die für die Zirkulation von Silizium in Pflanzengeweben verantwortlich sind und sie in einer neuen Umgebung für sich selbst arbeiten lassen. Als Folge begann die Verkieselung mit der Entwicklung der Blüte und dauerte eine Woche. Während dieser Zeit werden einige Blüten vollständig durch amorphe Kieselsäure – Opal ersetzt. Wissenschaftler glauben, dass die Schaffung von natürlichen Mineralrepliken von Pflanzen sehr vielversprechend für dekorative Zwecke sein kann.

Botaniker der Universität Bielefeld (Deutschland) untersuchten ein System von Enzymen, das den Stoffwechsel von Silizium in Pflanzengewebe reguliert. Sie arbeiteten mit einem Modellobjekt. A. thalianadessen Genom bekannt ist. Und dies trug natürlich zur Schaffung eines ungewöhnlichen biomineralischen Konstrukts bei, das sie in drei Jahren der Experimente erhielten.

Der Eintritt von Silizium durch das Wurzelsystem und seine Ablagerung in Blüten, Blättern und Stielen A. thaliana (A) und die Form eines leicht kristallisierten Opals aus Blütenblättern (B). Abb. aus dem Artikel in Frage Grenzen in der Pflanzenwissenschaftmit Änderungen

Es ist bekannt, dass Silizium für Pflanzenzellen für normales Wachstum notwendig ist. Einige Pflanzen, wie Farne und viele Monokotyledonen, akkumulieren Silizium in Zellen, seine Menge im Pflanzengewebe erreicht 1-10%. In höheren Pflanzen reguliert Silizium das Wachstum und gleicht Stress-Effekte (Temperatur, Chemikalien) auf Zellen aus.

Siliziumabscheidung (blaue Farbe) in Staubblättern A. thaliana. Pfeil zeigt den Beginn der Expression von LSi6-Transportern

Pflanzen holen Silizium aus dem Boden, wo immer verschiedene Formen von gelösten Kieselsäuren vorhanden sind. Es ist bekannt, dass dieser Prozess von einer Gruppe von Enzymen (LSi1-6) reguliert wird: Ihre Arbeit bestimmt das Gleichgewicht der ein- und austretenden Varianten von Kieselsäuren. In langlebigen Pflanzen, wie Koniferen, kann der Prozess der Entfernung von Silizium aus Geweben verlangsamen; Dadurch wird die Pflanze nach und nach mit amorphem Silizium gefüllt und verwandelt sich mit ihren Achatvarianten in ein ewiges Monument.

Das berühmteste Beispiel für dieses Phänomen sind die Stämme des versteinerten Waldes des Versteinerten Waldes in Arizona, die durch schwach kristallisiertes Quarz – Quarz, Opal und Chalzedon ersetzt wurden.Aber auch in anderen Pflanzen können sich silica-mineralische Strukturen während des Lebens bilden. So sind Kieselsäurehydroxide Teil des Getreidestrohs, hart verknotete Knötchen in Schachtelhalmen und besonders in den Knoten von Bambus. Die Internodien des Bambus, die in Indien wachsen, bilden manchmal eine abgerundete Formation von Opal (Hydrophan), bekannt als Tabashir, manchmal von Juwelieren verwendet.

Die Arbeit der deutschen Botaniker war dem Studium der Balance von Silizium in Zellen und deren Transport in Zellen gewidmet. Sie führten zusätzliche Kopien der LSi1-6-Gene in das Genom ein, die für die Bindung und den Transport von Silizium in die Zelle von außen und zwischen den Zellen verantwortlich sind. Darüber hinaus haben sie ein Segment des LSi6-Siliziumtransporters und seinen Transkriptionsfaktor in die Genomregion integriert, die den Beginn der Blüte reguliert. Dieser Transkriptionsfaktor reagierte anders als sein natürliches Gegenstück auf die Beleuchtung. Als Folge trat mit Beginn der Blüte das Silizium bei Tageslicht mit hoher Intensität in die Pflanze ein. Da seine Beseitigung völlig unbedeutend war, blieb er in der Pflanze selbst. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, dafür zu sorgen, dass blühende Pflanzen in den meisten Geweben der Blüte und teilweise in den Blättern und Stämmen aktiv amorphes Silizium ablagern.

Aufgrund der außergewöhnlich hohen Stoffwechselrate während der Blütenbildung dauerte der gesamte Prozess, bei dem Pflanzenzellen durch Silizium ersetzt wurden, von zwei Tagen bis zu einer Woche. In einer Woche wurden Blütenblätter, Staubblätter und Stempel fast vollständig durch Opalvarianten ersetzt.

Eine der Opalfarben A. thalianaim Labor gewachsen. Foto von ebay.de

Bisher war es nicht möglich, den Prozess der Verkieselung vollständig einzustellen, da der Prozess aufgrund der ungleichmäßigen Expression von Siliziumtransportern in verschiedenen Geweben aufhört. Einige vollständig opale Blüten konnten jedoch noch wachsen. Wissenschaftler haben sich aus zwei Exemplaren dieser Blumen einprägsame Ornamente geschaffen. Dies ist jedoch der erste Schmuck, der mithilfe von Bioengineering erhalten wurde.

Es ist klar, dass die Modifikation des Mineralstoffwechsels in Pflanzen ein direkter Weg zur Schaffung von Mineralreplikaten von Pflanzen ist. Steinblüten sind bereits in biochemischen Labors möglich; perspektivisch ist die Suche nach Möglichkeiten, um Eisen-Magnesium-Blumen, sowie Zink, Chrom und Molybdän zu erhalten. Für all diese Elemente haben die Pflanzen intrazelluläre Transportsysteme.Die berühmte Herrin des Kupferbergs wird gezwungen sein, ihren Platz an moderne Genetiker abzugeben.

Quelle: Muhammad Ansar Farooq und Karl-Josef Dietz. Silizium als vielseitiger Player // Grenzen in der Pflanzenwissenschaft. 2016. V. 2. S. 172-178.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Schreibe einen Kommentar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: