Woher kommt das Licht? Von den Mikroben über die Pflanzen bis zu den Tieren besitzen viele Lebewesen unterschiedliche Systeme, um die Ursprungsrichtung von Strahlung zu bestimmen. Diese Information kann dabei aus verschiedenen Gründen wichtig sein. Für Pflanzen hat sie aber eine besondere Bedeutung, da das Licht ihre Energiequelle darstellt. Sie nutzen ihre Fähigkeit zur Erkennung der Lichtrichtung dafür, sich möglichst günstig auszurichten. So können sie ihr Photosynthesesystem zum Aufbau chemischer Energieträger optimal beleuchten. Dieses lichtabhängige Bewegungssystem der Pflanzen wird als Phototropismus bezeichnet.
Gerichteter Lichtsensorik auf der Spur
Grundsätzlich ist bereits bekannt, dass dieses System auf der Funktion von sogenannten Photorezeptoren basiert, die sich in lichtsensiblen Pflanzengeweben befinden. Je nach Bestrahlungsstärke geben diese Sensoren physiologische Signale ab, die Veränderungen des Pflanzengewebes in bestimmten Bereichen hervorrufen, die zu Biegungsbewegungen von Stängel, Blatt und Co führen. Bei seitlicher Bestrahlung werden bei diesem System die dem Licht zugewandten Photorezeptoren stärker aktiviert als die abgewandten, wodurch sich der Phototropismus ergibt. Bisher war aber nicht bekannt, inwieweit auch optische Merkmale des Pflanzengewebes eine Rolle spielen, die der Erfassung durch die Photorezeptoren vorgelagert sind.
Wie das Forscherteam um Seniorautor Christian Fankhauser von der Universalität Lausanne berichtet, stand am Anfang der Studie der fragende Blick auf eine spezielle Mutante der Modellpflanze Arabidopsis thaliana: Diese Linie zeigt nicht das normale Ausrichtungsverhalten auf Lichtquellen. Ein weiteres auffälliges Merkmal ist, dass die Stiele der Keimlinge transparent wirkende, währende sie bei „normalen“ Exemplaren eher milchig-matt erscheinen. So entschloss sich das Team der Frage nachzugehen, ob dieses auffällige Merkmal etwas mit der gestörten Lichtwahrnehmung der Mutante zu tun hat.
Zunächst offenbarten mikroskopische Untersuchungen: „Das natürliche milchige Aussehen der Stängel der normalen Pflanzen ist auf das Vorhandensein von Luft in interzellulären Kanälchen zurückzuführen. In den Mutantenexemplaren ist diese Luft hingegen durch eine wässrige Flüssigkeit ersetzt, was ihnen das auffallend durchscheinende Aussehen verleiht“, berichtet Fankhauser. Bei normalen Pflanzen kommt es durch die winzigen Lufträume also zu einer deutlichen Beeinflussung des Lichts – in den Stängeln der Mutante hingegen weniger. Um genauer zu untersuchen, inwieweit die interzellulären Lufträume für den Phototropismus notwendig sind, fluteten die Forscher sie bei normalen Keimlingen durch eine Vakuuminfiltration. Die anschließenden Untersuchungen bestätigten dann: Diese Pflänzchen waren aufgrund ihrer transparent gemachten Stiele nicht mehr in der Lage, sich auf eine Lichtquelle auszurichten.
