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Die Algen des Jahres seit 2007

Die Sektion Phykologie (Algenkunde) der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) e.V. küren alljährlich die "Alge des Jahres". Sie möchten damit auf die Bedeutung der Algen hinweisen, die das Treibhausgas Kohlendioxid verbrauchen und die wichtigsten Sauerstoff-Produzenten der Erde sind.

Jahr Alge
2007 Der Seetang
2008 Die Zieralge Micrasterias
2009 Emilinania huxleyi
2010 Die Froschlaichalge
2011 Die Kieselalge
2012 Armleuchteralge Chara
2013 Lingulodinium polyedrum
2014 Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii
2015 Meersalat Ulva
2016 Eisalge Melosira arctica
2017 Die Blaugrüne Felskugel Chroococcidiopsis
2018 Grünalge Klebsormidium

Alge des Jahres 2018 - Die Grünalge (Klebsormidium) ein Pendler zwischen den Welten!


Klebsormidium: Pendler zwischen scheintot und Wiedererwachen ist die Alge des Jahres 2018

Die mehrzellige Grünalge Klebsormidium lebt an Land an solchen Orten, wo keine andere Pflanze mehr wachsen kann. Als weltweit verbreiteter Pionier schafft sie neue Lebensräume, was Farmer und Wüstenanrainer nutzen. Forscher interessieren sich für ihre biologischen Tricks, wie sie zwischen leblos und Wiedererwachen hin und her wechselt. Die Professoren Andreas Holzinger (Universität Innsbruck) und Ulf Karsten (Universität Rostock) erforschen in enger Kooperation die Fähigkeiten, die die Alge vor Austrocknung und gefährlichen UV-Strahlen schützt. Beide sind Mitglieder der Sektion Phykologie der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG), die Klebsormidium zur Alge des Jahres 2018 kürte.


Suche nach Klebsormidium-Algen in der Arktis, hier auf Spitzbergen (Bild: Ulf Karsten / Universität Rostock) Die Forscherinnen analysieren in den Bodenkrusten, die hier hauptsächlich aus Klebsormidium-Algen bestehen, wie hoch der Bedeckungsgrad der arktischen Landschaft auf Spitzbergen ist.
Suche nach Klebsormidium-Algen in der Arktis, hier auf Spitzbergen Bild: Ulf Karsten /  Universität Rostock


Wahrscheinlich hat jeder schon einmal Klebsormidium-Algen gesehen, ohne sie bewusst wahrzunehmen. Sie sind etwa zehnmal dünner als ein Haar und fallen nur gehäuft als grüner Flaum auf kargem Boden auf. Um die derzeit 17 bekannten Arten zu bestimmen, braucht man allerdings ein Mikroskop. Als Pionier besiedelt sie offene, saure bis neutrale Erd-, Stein- und Sandoberflächen, wie Dünen, erkaltete Lava, Erdrutsche im Wald und in den Bergen. Sie ist auch in den heißen Trockenwüsten Afrikas und Australiens sowie in den Eiswüsten der Arktis zu Hause und wird durch Wind, Vögel und andere Tiere verbreitet.


Freie und nährstoffarme Erdflächen, die nach einem Sturm unter umgefallenen Bäumen im Wald entstehen, werden rasch von Klebsormidium-Algen besiedelt. Klebsormidium-Boden nach Erdrutschen an Baumwurzeln (Bild: Ulf Karsten / Universität Rostock)
Bild: Ulf Karsten / Universität Rostock Klebsormidium-Boden nach Erdrutschen an Baumwurzeln


Leben am Limit

Wie Karsten und Holzinger mit ihren Teams herausfanden, können Klebsormidium-Algen bis zu mehreren Monaten in einem Zustand zwischen Leben und Tod erstarren, wenn ihnen das lebensspendende Wasser fehlt. In diesem Zustand zeigen sie keinerlei Lebensreaktionen mehr. Die Algen sind dann aber nicht tot, sondern erwachen innerhalb weniger Minuten wieder zum Leben, sobald die Umgebung feucht wird. "Die Photosynthese-Maschinerie für die Energiegewinnung ist beispielweise innerhalb von nur wenigen Minuten wiederhergestellt, sobald die Alge feucht wird", berichtet der Ökophysiologe für terrestrische Algen, Professor Ulf Karsten von der Universität Rostock. Eine Maschinerie, in die immerhin rund 20 Enzyme involviert sind.


Bodenkruste einer lebensfeindlichen Umgebung - auch hier lebt Klebsormidium (Bild: Ulf Karsten / Universität Rostock) Die Alge Klebsormidium lebt in Bodenkrusten wie hier in der Eiswüste der norwegischen Insel Spitzbergen, wo kaum noch Leben möglich ist.
Bodenkruste einer lebensfeindlichen Umgebung - auch hier lebt Klebsormidium Bild: Ulf Karsten / Universität Rostock


Kallose-Wände für eine Ziehharmonika

Das Team um den Zellbiologen Professor Andreas Holzinger von der Universität Innsbruck erkannte, dass die Zellwand von Klebsormidium erstaunlich dick sein kann. Im Gegensatz zu den Hüllen anderer Algen und Landpflanzen, die vorwiegend aus Zellulose aufgebaut sind, besteht die Zellwand von Klebsormidium teilweise aus Kallose. "Dieser Vielfachzucker bleibt auch in dicken Schichten noch sehr elastisch", berichtet Holzinger. "So kann die Zelle wie eine Ziehharmonika schrumpfen und wieder anschwellen, ohne zu zerbrechen". Was Holzinger überrascht, ist die schnelle Reaktion von Klebsormidium: "Wenn die Umgebung trocken fällt, produziert die Alge den Mehrfachzucker in nur einer halben Stunde und reichert ihn kontinuierlich in ihren Zellwänden an".


In der lichtmikroskopischen Aufnahme der Alge Klebsormidium dissectum wird deren Kallose-haltige Zellwand sichtbar, die es ihr erlaubt, sich bei Austrocknung wie eine Ziehharmonika zusammen zu ziehen. Aufnahme der Alge Klebsormidium dissectum (Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck)
Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck Aufnahme der Alge Klebsormidium dissectum


Sonnenschutz beflügelt die Photosynthese

Da Luft im Gegensatz zu Wasser keine Sonnenstrahlen filtert, ist das Erbgut von Landlebewesen zerstörerischer UV-Strahlung ausgesetzt. Wie die Rostocker und Innsbrucker Teams erkannten, synthetisiert die Alge Klebsormidium zwei verschiedene sogenannte mykosporin-ähnliche Aminosäuren (MAAs) als Sonnenschutz. Diese ringförmigen Moleküle im Zellinneren der Alge nehmen schädliche UV-Strahlung auf und geben diese Energie in Form von Wärme und Fluoreszenzleuchten wieder ab. So absorbieren sie die UV-Strahlung und schützen das Erbgut in den Algenzellen. Wie die Forscher außerdem herausfanden, kann Klebsormidium selbst bei besonders gefährlicher UV-Strahlung, wie sie in niedrigen Breiten und im Hochgebirge vorkommt, viel besser Photosynthese betreiben, Energie gewinnen und lebenswichtige Stoffe aufbauen.


Klebsormidium Fluoreszenz (Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck) Mit fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen machen die Forscher sichtbar, welche der Klebsormidium dissectum-Zellen nach Wasserzufuhr am Leben sind und Photosynthese treiben.
Klebsormidium Fluoreszenz Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck


Drei Hormon-Rezeptoren

Obwohl Klebsormidium eine recht einfach gebaute Alge ist, die die meisten Forscher an der Basis des pflanzlichen Stammbaums einordnen, fand Holzingers Team in Kooperation mit einer Forschergruppe aus Köln in ihrem Zellinneren bereits Rezeptoren für Phytohormone, die Samenpflanzen für die Wahrnehmung von Umweltreizen einsetzen. Die Wissenschaftler identifizierten Rezeptoren für die Hormone Cytokinin, Abscisin-Säure und Ethylen. Das befähigt die mehrzellige Klebsormidium, dass alle ihre Zellen gemeinsam und gleichzeitig auf plötzlich auftretende Umweltschwankungen reagieren können, wie sie an Land häufiger auftreten als in reizabschwächendem Wasser.

Im Labor der Forscher werden die einzelnen Klebsormidium-Proben als Flüssig-Kulturen gehalten, um sie für Analysen aufzubewahren. Klebsormidium - Kulturen diese werden aufbewahrt für weitere Analysen (Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck)
Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck Klebsormidium - Kulturen diese werden aufbewahrt für weitere Analysen


Modell-Organismus für die Landeroberung

Klebsormidium lebt in Bodenkrusten, den wahrscheinlich ältesten Landlebensformen auf unserem Planeten. Wer verstehen will, wie vor rund 450 Mio. Jahren im Erdzeitalter des Ordoviziums die Vorfahren der Pflanzen das weitgehend leere Land eroberten und damit der Lebensfülle auf unserem Planeten den Weg ebneten, kann dazu Lebewesen studieren, die ähnliche Herausforderungen auch heute noch meistern. Die Alge Klebsormidium, auch "grünes Bodenhaar" genannt, eignet sich besonders gut für diese Grundlagenforschung, weil sie oft als erste extrem trockene und nährstoffarme Standorte besiedelt und sich an ein Leben am Limit angepasst hat, auch wenn inzwischen andere Algen als die direkten Vorfahren der Landpflanzen angesehen werden. Klebsormidium besitzt sowohl viele Merkmale einfach gebauter, bereits mehrzelliger Algen als auch mehrere Merkmale der später auftretenden Samenpflanzen. Außerdem ist sie recht einfach im Labor zu kultivieren, wo die Forscher ihre physiologischen Leistungen und Mechanismen bis ins molekulare Detail untersuchen können. In den Nährmedien wächst sie deutlich schneller als andere Algen. Daher hat sie sich in den letzten Jahren zum Modell-Organismus für das wissenschaftliche Studium des Landganges und die Anpassungen von Pflanzen an terrestrische Lebensräume entwickelt.

Lichtmikroskopisches Bild von Klebsormidium crenulatum (Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck) Hier zu sehen ist ein lichtmikroskopisches Bild von Klebsormidium crenulatum aus einer Bodenkruste in den Tiroler Alpen
Lichtmikroskopisches Bild von Klebsormidium crenulatum Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck


Schutz erwünscht, trotz weltweiter Verbreitung ohne Sex

Interessanterweise vermehren sich Klebsormidium-Algen ausschließlich durch Teilung und damit asexuell. In der Natur hat sich die sexuelle Vermehrung einst als vorteilhaft erwiesen, um bei der Vermehrung falsch abgelesenes Erbgut zu reparieren. Asexuelle Vermehrung erschwert die Ausbreitung eines Lebewesens, weil Fehler unkorrigiert bleiben und rasch zum Absterben führen, gerade an Extremstandorten. Umso erstaunlicher ist die weltweite Verbreitung von Klebsormidium. Die Alge ist sogar in der Lage, manche Bodenkrusten ganz allein zu beherrschen. Wie sie das anstellt, ist allerdings bislang unklar. In anderen Bodenkrusten lebt Klebsormidium in Gesellschaft mit Bakterien, Pilzen und anderen Algen. In den Trockengebieten der Erde, die immerhin 25 Prozent der Landfläche ausmachen, sind Bodenkrusten die häufigste Vegetationsform. Sie nehmen dort rund acht Prozent des Kohlendioxids (CO2) der Luft auf, bezogen auf die gesamte Vegetation der Kontinente und erzeugen daraus Sauerstoff. Diese Menge des von Bodenkrusten aufgenommene CO2 entspricht etwa derjenigen, die der Mensch jedes Jahr beim Verbrennen fossiler Stoffe erzeugt. Da Bodenkrusten oft die einzigen Lebewesen in sehr trockenen Lebensräumen sind, fordern viele Forscher ihren Schutz.


Im Feld stanzen die Forscher Bodenkrusten aus. Wie sich später herausstellte, war diese Kruste hauptsächlich von Klebsormidium-Algen besiedelt. Bodenkruste mit Klebsormidium-Algen (Bild: Ulf Karsten / Universität Rostock)
Bild: Ulf Karsten / Universität Rostock Bodenkruste mit Klebsormidium-Algen


Wüstenstopper, Dünger und Ökosystembereiter

Auch wenn die hier vorgestellten Ergebnisse der Grundlagenforschung dienen, ist Klebsormidium als schnell wachsender Boden-Besiedler auch für die angewandte Forschung interessant. Bodenkrusten wirken als Haftgrund und Dünger, so dass Moose, Farne und später auch Samenpflanzen an bislang unbewohnten Standorten siedeln können. Bodenkrusten werden daher heute bereits erfolgreich eingesetzt, um dem Voranschreiten der Wüsten Einhalt zu gebieten. Sie dienen auch als Management-Maßnahme auf australischen Rinderfarmen, um die Bodenfruchtbarkeit zu erhöhen und die Ansiedlung von Gräsern und anderen Pflanzen zu fördern. Auch wenn Klebsormidium und andere Bodenkrustenbewohner ein Leben im Verborgenen führen, haben sie eine enorme Bedeutung für die Ökosysteme der Erde.


Klebsormidium im Rotmoostal, Tirol (Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck) Klebsormidium ist oft die erste Alge, die den Boden zurückweichender Gletscher besiedelt, wie hier im Rotmoostal im österreichischen Tirol.
Klebsormidium im Rotmoostal, Tirol Bild: Andreas Holzinger / Universität Innsbruck


Vielen Dank an die Sektion Phykologie der Universität Rostock und der Universität Innsbruck für den gemeinsamen Pressetext und die Möglichkeit die Aufnahmen von Professor Andreas Holzinger von der Universität Innsbruck und von Professor Ulf Karsten von der Universität Rostock, zeigen zu können.

  
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- letzte Aktualisierung: Sonntag, 01. Juli 2018 -
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