Pflanzensamen enthalten ein Netzwerk aus Hohlräumen, in denen sie Sauerstoff für ihre Keimung speichern können. Diese Luftspeicher haben Forscher erstmals mithilfe einer neuen Technik, der Holotomographie nachgewiesen. Dabei wurde der Samen als erster lebender Organismus überhaupt, von energiereicher Synchrotronstrahlung durchleuchtet. Die Ergebnisse und Beschreibung der neuen Methode wurden jetzt in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) veröffentlicht.
Photosynthese im Pflanzenembryo führt kurz vor der Keimung zur Produktion von Sauerstoff im Inneren des Samens. Der sich entwickelnde Keimling benötigt dieses Atemgas für seine Entwicklung. Bisher war jedoch nicht klar, wo der Sauerstoff im Inneren des Samens gespeichert wird. Konventionelle Mikroskopie kann hier nicht eingesetzt werden, da dafür der Samen angeschnitten werden müsste und das Gas dann entweicht.
Harte Strahlen zeigen weiches Innenleben
Einem Team von Wissenschaftlern der Europäischen Synchrotronenforschungsanlage ESRF, der Universität von Grenoble und der nationalen französischen Forschungseinrichtung CNRS ist es nun gelungen, erstmals einen zerstörungsfreien dreidimensionalen Blick in das Innere eines Samens der Ackerschmalwand zu erlangen. Möglich wurde dies durch den Einsatz einer bestimmten Tomographie-Technik, bei der eine spezielle Form elektromagnetischer Strahlung aus geladenen Teilchen genutzt wird, um das Innere von Objekten sichtbar zu machen.
„Dieser Ansatz ist unseres Wissens nach das einzige bildgebende Verfahren mit der Eindringtiefe und gleichzeitig ausreichendem Gesichtsfeld, das die Untersuchung eines undurchsichtigen Objekts von der Größe eines Samens im Submillimeterbereich ermöglicht“, erklärt Peter Cloetens, Hauptautor der Studie und Wissenschaftler am ESRF. Zum ersten Mal wurde diese Methode an einem lebenden System angewendet.
Hohlräume als Zirkulationssystem?
Die Forscher identifizierten dabei einzelne Zellen im Samengewebe und deren dreidimensionale Ausrichtung. Gleichzeitig entdeckten sie ein Netzwerk aus luftgefüllten Hohlräumen, das eine Art Zirkulationssystem für Sauerstoff und vielleicht auch Wasser während der Keimung darstellen könnte.
Noch allerdings sind die Forscher nicht sicher, ob dies wirklich der Weg ist, auf dem der Sauerstoff verteilt und gespeichert wird. „Um diese Frage zu beantworten, brauchen wir eine Nanomethode, die die genaue Zusammensetzung der Luft in dem Netzwerk bei der Keimung bestimmt“, erklärt Silva Lerbs-Mache, Mitautorin der Studie. „Eine solche Methode gibt es aber noch nicht.“
Die Entdeckung eines Hohlraumnetzwerks eröffnet aber nichtsdestotrotz ein neues Forschungsfeld, mit dem die embryonale Photosynthese und die Struktur des reifen Samens miteinander in Beziehung gesetzt werden können und Rückschlüsse über die Qualität des Samens erlauben. „Diese Methode könnte eingesetzt werden, um die Samenstruktur von mutanten Pflanzen zu untersuchen, die schlechte Keimungseigenschaften haben. Die Auswirkungen der Mutation eines Genes könnte so direkt mit den Veränderungen in der Samenstruktur in Verbindung gebracht werden“, so Lerbs-Mache.
(European Synchrotron Radiation Facility, 18.09.2006 – NPO)
