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Mikroalgen - Karotinoide und Reaktionen auf Umwelteinflüsse

Der Algen-Stressreaktor stimuliert die Algenkulturen in definierter Weise.
Einzelkammer-Stressreaktor. Die Messung im Dunkeln verhindert Störeinflüsse.

Algen hat sicherlich schon jeder einmal gesehen - schließlich gedeihen sie fast überall, wo Wasser ist, ganz gleich, ob süß oder salzig. Algen sind kleine Wasserpflanzen, die Erstaunliches können und leisten: Einige Arten können ein vollständiges Austrocknen überstehen und werdem mit dem Wind verbreitet, andere tolerieren sogar eine gesättigte Kochsalzlösung. Und einige davon haben die Gabe, sich vollständig verfärben. Wer beim Spazierengehen schon einmal eine orange oder rostrote Pfütze gesehen hat, wird vielleicht nicht gleich auf die Idee gekommen sein - aber auch dabei handelt es sich oft um Algen, die mit der Zeit zu ihrem Schutz eine Art Sonnenschirm aus Farbstoffen gebildet haben. Wer davon eine Probe nimmt, sie mit frischem Wasser und einigen Tropfen Flüssigdünger versehen an einen schattigen Platz stellt, wird schon einige Tage später bemerken, dass sie ihre Farbe wechseln und wieder grün werden.

Die Farbstoffe, die dabei entstehen, sind meist Carotinoide, die zum Beispiel als Mohrrübenorange (Beta-Carotin) und dem Rosa der Flamingofedern (Astaxanthin) wohlbekannt sind. Um genau diese Farbstoffe zu produzieren, werden Mikroalgen, also kleine einzellige Algen, schon lange industriell genutzt.

Doch auch alle höheren Pflanzen von der Petersilie bis zum Apfelbaum haben Carotinoide, wenngleich sie nur in den bunten Farben des Herbstlaubes sichtbar werden. Zwei davon, Violaxanthin und Zeaxanthin, erfüllen eine wichtige Rolle als "Sonnenbrille", die die Pflanzen bei zu viel Licht - zum Beispiel im Hochsommer oder an frostigen, klaren Wintertagen - "aufsetzen" können. Das funktioniert so, dass Violaxanthin dem Blattgrün (Chlorophyll) beim Sammeln von Licht hilft, während Zeaxanthin die Energie vom Blattgrün übernehmen und als Wärme wieder abstrahlen kann, so dass die Photosynthese der Pflanze unter Stress nicht überlastet wird. Der Trick ist, dass Violaxanthin und Zeaxanthin chemisch sehr ähnlich sind und die Pflanzen beide im sogenannten Violaxanthinzyklus sehr leicht ineinander umwandeln können. So können sie einstellen, wie viel von dem aufgenommenen Licht tatsächlich für die Photosynthese verwendet wird.

Grünalgen, so klein wie sie auch sind, haben genau den gleichen Photosyntheseapparat wie die höheren Pflanzen - nur brauchen sie weniger Platz im Labor und lassen sich viel schneller züchten. Mit Hilfe von Algen haben wir im HOT einen experimentellen Weg gefunden, dem Nachregeln des Violaxanthinzyklus bei wechselnden Lichtverhältnissen direkt zuzuschauen.

Anwendungen werden diese Untersuchungen später einmal in der Pflanzenzüchtung haben - schließlich sind Wolken in unseren gemäßigten Breiten ein alltäglicher Anblick. Dabei wäre es doch sehr praktisch, wenn eine Pflanze für wechselnde Lichtverhältnisse möglichst schnell nachregeln könnte ! Doch was genau eine Pflanze mit ihrem Violaxanthinzyklus macht, die von hellem Sonnenschein in den Schatten einer Wolke kommt und schon bald wieder dem gleißenden Licht ausgesetzt ist - das war bislang nur indirekt oder mit sehr aufwändigen chemischen Untersuchungen zugänglich. Wir hoffen, dass mit dem hier im HOT entwickelten Carotinoidnachweis mittels Ramanspektroskopie schon bald auch Züchtern der Einblick in den Violaxanthinzyklus möglich sein wird.