Flexibilität als Überlebensmechanismus

Callose spielt eine große Rolle bei der Austrocknungstoleranz von Algen. Dies wies der Innsbrucker Botaniker Andreas Holzinger kürzlich nach und veröffentlichte seine Ergebnisse in Plant Cell Physiology.
Das Bild zeigt die Grünalge Klebsormidium crenulatum im lichtmikroskopischen Bild (links) und die Zellwände zwischen den Zellen nach Antikörperfärbung von Callose. (Bild: Klaus Herburger)
Bild: Das Bild zeigt die Grünalge Klebsormidium crenulatum im lichtmikroskopischen Bild (links) und die Zellwände zwischen den Zellen nach Antikörperfärbung von Callose. (Bild: Klaus Herburger)

Callose, ein Polysaccharid, chemisch verwandt mit Cellulose, macht Algenzellwände extrem flexibel. „Algen haben im Vergleich zu höheren Landpflanzen viel weniger Möglichkeiten, Wasser zu speichern. Werden sie Trockenstress ausgesetzt, ziehen sie sich rasch zusammen“, erklärt Dr. Andreas Holzinger vom Institut für Botanik, der im Rahmen seines bilateralen FWF-Projekts gemeinsam mit Martina Pichrtová aus Prag die Kolonialisierung von Land durch Algen untersucht. „Terrestrische Algen sind im Hochgebirge oft starker Austrocknung ausgesetzt“, erklärt Holzinger, der auch Mitglied im universitären Forschungszentrum „Ökologie des Alpinen Raumes“ ist. „Die angereicherte Callose sorgt dafür, dass die Zellwände der Algen verformbar sind. Diese Verformbarkeit ermöglicht es den Algen offenbar, der mechanischen Belastung bei Austrocknung standzuhalten.“ Im Rahmen des Forschungsprojektes untersuchen die Wissenschaftler schwerpunktmäßig zwei Algengattungen: Zygnema und Klebsormidium.

Überlebenskünstler

Vor allem die Gattung Klebsormidium zeigte bei den Versuchen, in denen sie über einen längeren Zeitraum Trockenstress ausgesetzt wurde, einen starken Anstieg an Callose in den Zellwänden. „Das Wasser verdunstet und die Alge schrumpft, aber dadurch, dass in ihren Zellwänden viel Callose vorhanden ist und unter Stress noch mehr eingelagert wird, schrumpfen sie reversibel und können diesem Austrocknungsprozess gut standhalten“, verdeutlicht Holzinger die Untersuchungsergebnisse, die er gemeinsam mit seinem PhD Studenten Klaus Herburger erzielt hat. Bei Zygnema, die etwas näher mit den Landpflanzen verwandt, ist der Callose-Anteil im Vergleich etwas niedriger, scheint aber auch eine Rolle bei ihrer Austrocknungstoleranz zu spielen: „Zygnema hat zwar auch Callose eingelagert, deren Gehalt steigt bei Austrocknung aber nicht an. Allerdings fanden wir die Callose-Einlagerungen in den Zygnema-Zellwänden in – sozusagen – strategisch wichtigen Bereichen: in den Bereichen zwischen den Zellen ist vermehrt Callose eingelagert, was Zygnema die mechanische Belastung bei Austrocknungsstress überleben lässt,“ so Holzinger. Um zu diesen Ergebnissen zu kommen, lokalisierten die Botaniker Callose mithilfe einer Antikörperfärbung. Dabei wird mithilfe markierter Antikörper die eingelagerte Callose mit verschiedenen bildgebenden Verfahren sichtbar gemacht.

Schnelle Regeneration

Und um auch den physiologischen Zustand der Algen unter Trockenstress zu ermitteln, haben die Wissenschaftler die Photosynthese-Leistung unter Trockenstress gemessen. „Diese Messungen haben gezeigt, dass sich die Algen sehr rasch erholen: Wenn sie austrocknen, geht ihre Photosynthese-Leistung rasch zurück; werden sie kurz darauf wiederbefeuchtet, erreichen sie fast den Ausgangswert“, beschreibt Andreas Holzinger. Im Rahmen des FWF-Projekts will er nun weiter an den Überlebensmechanismen der Algen forschen.