Posted in: Biologie, Geologie 16. November 2010 17:50 Weiter lesen →

Verfrühte Leistungsträger

Foto zeigt hohes Zuckerrohr, im Winde wogend Einige Pflanzen verfügen über eine biochemische Pumpe, dank derer sie Kohlendioxid besonders effizient in organische Verbindungen einbauen können. Dieser Mechanismus scheint sich deutlich früher entwickelt zu haben als gemeinhin angenommen, haben amerikanische und europäische Forscher bei der Analyse fossilen Pollens entdeckt. Schon vor beinahe 35 Millionen Jahren gab es demnach Gräser, die den Stoffwechseltrick beherrschten.

Bislang habe man die Evolution dieses Pflanzentypus etwa 14 Millionen Jahre später angesetzt, erklärt David Nelson von der University of Maryland. Zu diesem späteren Zeitpunkt sei es zu einem jähen Rückgang der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre gekommen. Offenbar habe diese Umweltveränderung aber nicht die Evolution des Pumpmechanismus angetrieben, sondern diesem lediglich zu mehr Erfolg verholfen, folgern der Forscher und seine Kollegen im Fachblatt „Geology“.

Dank der biochemischen Pumpe sind Pflanzen wie Mais, Hirse und Zuckerrohr in der Lage, auch unter heißen und trockenen Bedingungen große Erträge zu erbringen. Bei ihnen wird Kohlendioxid nicht direkt in Zuckermoleküle eingebaut, sondern zunächst in organischen Säuren mit vier Kohlenstoffatomen gebunden und vorkonzentriert. Solche C4-Pflanzen machen einen geringen Anteil aller Spezies von Blütenpflanzen aus, erbringen jedoch ein Viertel der weltweiten Photosyntheseleistung.

Nelson, die Gruppe um Feng Sheng Hu von der University of Illinois und weitere Kollegen untersuchten fossilen Gräserpollen, um mehr über das Auftauchen und die Verbreitung der C4-Pflanzen zu erfahren. Mit einem Mikromanipulator klaubten die Forscher insgesamt fast 700 Pollenkörner aus versteinertem Sediment, das sich vor bis zu 35 Millionen Jahren in europäischen Seen bzw. Meeren abgelagert hatte.

Die Körnchen verbrannten sie dann einzeln und leiteten das enstehende Gas in ein Massenspektrometer, um das Verhältnis unterschiedlich schwerer Kohlenstoffisotope im Pollen zu bestimmen. Stets wies mindestens ein Viertel der Gräserpollen einen relativ hohen Gehalt von Kohlenstoff-13 auf, wie er für C4-Pflanzen typisch ist. Der besonders effiziente Stoffwechseltyp sei also schon zu Beginn des Oligozäns verbreitet gewesen, so Nelson. „Angesichts dieser neuen Information sollten wir untersuchen, ob nicht warme Temperaturen oder trockenere klimatische Bedingungen den evolutionären Selektionsdruck ausgeübt haben.“

Forschung: Michael A. Urban und Feng Sheng Hu, Program in Ecology, Evolution and Conservation und Departments of Plant Biology and Genetics, University of Illinois, Urbana; David M. Nelson, Appalachian Laboratory, University of Maryland Center for Environmental Science, Frostburg; und andere

Online-Veröffentlichung Geology, DOI 10.1130/G31117.1

WWW:
The Hu Lab, University of Illinois
Central Appalachians Stable Isotope Facility, UMCES
Systems of Photosynthesis
The Oligocene Epoch


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