Zu viel Sonne ist nicht nur schädlich für unsere Haut, sondern auch für Pflanzen. Um einem „Sonnenbrand“ zu entgehen, haben Pflanzen komplexe Abwehrmechanismen entwickelt, mit denen sie ein zuviel an Strahlung ableiten können. Wie das funktioniert, haben jetzt amerikanische Wissenschaftler herausgefunden und in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.
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„Wir wussten, dass bestimmte Biomoleküle, so genannte Karotinoide, an diesem Prozess der Photoprotektion beteiligt sind, aber die Frage war: Wie“, erklärt Iris Visoly-Fisher von der Arizona State Universität. Karotinoide, sie sind das Pigment, das Möhren orange färbt, wirken wie Leitungen, die das überschüssige Sonnenlicht in Form von Elektronen von den strahlengefährdeten Geweben wegtransportieren. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass die Biomoleküle dabei oxidiert werden und ein Elektron verlieren.
Jetzt jedoch haben Fisher und ihre Kollegen von der Arizona State Universität zum ersten Mal untersucht, was tatsächlich in einem Karotinoid-Molekül stattfindet. Sie entwickelten dafür eine neue Methode, bei der erstmals die Ladung eines Biomoleküls kontrolliert und gleichzeitig seine Fähigkeit, Strom zu leiten untersucht wird.
Als Analysegerät diente dabei unter anderem ein Rastertunnelmikroskop, deren Spitze speziell mit einer Schicht Polyethylen ummantelt werden musste, um sie zu isolieren und die Leitfähigkeitsmessungen nicht zu stören. Da Karotinoide gegenüber Wasser und Sauerstoff sehr reaktiv sind, musste für die Untersuchung eine Umgebung geschaffen werden, die dem natürlichen Milieu der Pflanzenzelle so ähnlich wie möglich ist. Gleichzeitig mussten die Enden der Karotinoidmoleküle so modifiziert werden, dass sie chemisch an den goldüberzogenen Elektroden des Mikroskops haften konnten.
Nach vielen Schritten der Entwicklung schließlich gelang das Experiment: Die Karotinoide, die flach auf dem Boden einer winzigen Reaktionskammer lagen, wurden von der Mikroskopspitze aufgenommen und blieben zwischen zwei als Elektroden wirkenden Teilen der Spitze hängen. „Gold ist ein weiches Material und wenn man es langsam auseinander zieht, kann man die Leitfähigkeit eines einzelnen Karotinoidmoleküls zwischen den Goldelektroden messen“, erklärt Fisher.
Bei dieser Messung entdeckten die Forscher Überraschendes entdeckt: Es zeigte sich, dass die Karotinoide keineswegs durch die abgeleiteten Elektronen oxidiert wurden, sondern im neutralen, ungeladene Zustand blieben. „Die Bedeutung dieses Ergebnisses liegt nicht nur im besseren Verständnis natürlicher Systeme und der Photosynthese“, so Fisher. „Sondern auch technisch darin, dass wir zum ersten Mal ein Molekül einem Zustand halten konnten, der den natürlichen Bedingungen in der Pflanze sehr nahe kommt.“
(Arizona State University, 28.06.2006 – AHE)
