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Hyperakkumulatoren stehen auf Schwermetalle

Eine giftige Vorliebe

Ob Kupfer, Nickel, Arsen oder Zink: All diese Stoffe sind Schwermetalle – und extrem giftig. Für Lebewesen, die diese Metalle in zu hohen Konzentrationen aufnehmen, kann das fatale Folgen haben. Auch für Pflanzen: Sie benötigen einige Schwermetalle zwar als Spurenelemente für ihren Stoffwechsel. Gelangen jedoch größere Mengen der Stoffe in ihren Organismus, wirken sie toxisch.

Nickel-Hyperakkumulator
Röntgenfluoreszenz-Aufnahme von Sämlingen des Hyperakkumulators Alyssum murale. In den grün gefärbten Bereichen ist Nickel angereichert. © van der Ent et al. 2017/ New Phytologist

So können überschüssige Schwermetall-Ionen zum Beispiel unkontrolliert mit Chlorophyll-Molekülen in den Chloroplasten reagieren und sie für die Photosynthese unbrauchbar machen. Der für die Pflanze lebenswichtige Prozess der Energiegewinnung wird somit geschwächt – je höher die Schwermetallkonzentration, desto größer der Schaden.

Pflanzensaft mit 25 Prozent Nickel

Manche Pflanzen haben aus diesem Grund Wege entwickelt, die giftigen Metalle von der Aufnahme auszuschließen oder bereits aufgenommene Metalle wieder aus ihrem Körper zu transportieren. Andere gehen auf schwermetallreichen Böden schlicht zugrunde. Nicht so die Hyperakkumulatoren im Pflanzenreich: Diese „Super-Sammler“ nehmen Schwermetalle sogar ganz gezielt und in großen Mengen über ihre Wurzeln auf. „Das interessante ist, dass sie extreme Mengen anreichern, ohne sich dabei selbst zu vergiften“, schreibt der Pflanzenphysiologe Hendrik Küpper von der Universität Konstanz.

Pycnandra acuminata
Nickel färbt den Saft von Pycnandra acuminata blau. © Benoit Henry/ CC-by-sa 4.0

Pflanzen wie das Gelbe Galmei-Veilchen, das Alpen-Hellerkraut oder die Hallersche Schaumkresse reichern die giftigen Stoffe in Konzentrationen in ihrem Gewebe an, die hundert- bis sogar tausendfach höher sind als bei „normalen“ Pflanzen. Eines der extremsten Beispiele ist die in den Regenwäldern Neukaledoniens heimische Art Pycnandra acuminata. Dieser Baum zieht in schier unvorstellbaren Mengen Nickel aus dem Boden: Ritzt man in seine Rinde, tritt ein blaugrüner Pflanzensaft hervor, der aus bis zu 25 Prozent Schwermetall besteht.

Sichere Speicher im Blatt

Fähigkeiten wie diese verwundern selbst Biologen. Doch auch bei weniger extremen Hyperakkumulatoren drängt sich die Frage auf: Warum schaden die hochgiftigen Metalle den Pflanzen nicht? Forscher haben herausgefunden, dass diese Arten Strategien entwickelt haben, damit das Gift ihren Stoffwechsel nicht beeinträchtigen kann.

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So schleusen viele von ihnen die Schwermetalle geschickt durch den Pflanzenkörper und lagern sie weit weg von dem für die Photosynthese wichtigen Chlorophyll ein – zum Beispiel in speziellen Speichervakuolen in der äußeren Blattschicht, der Epidermis. Die Photosynthese kann dann ungestört in den inneren Blattschichten ablaufen.

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Pflanzliche Metallsammler
Die faszinierende Welt der Hyperakkumulator-Pflanzen

Eine giftige Vorliebe
Hyperakkumulatoren stehen auf Schwermetalle

Bodensanierung mit Pflanzenkraft
Metallsammler reinigen verseuchte Gebiete

Erzabbau 2.0
Pflanzen können zur Rohstoffgewinnung genutzt werden

Warum die Metallvorliebe?
Anpassung könnte evolutionäre Vorteile gebracht haben

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