05.11.2020

Schutz vor oxidativem Stress

Pflanzen wandeln selbstverursachte Luftschadstoffe in harmlose Substanzen um.

Pflanzen geben großen Mengen des Kohlen­wasserstoffs Isopren an die Atmosphäre ab, pro Jahr etwa 600 Millionen Tonnen, die Hälfte davon stammt von tropischen Wäldern. Das entspricht etwa der jährlichen Emission von Methan auf der Erde. „Es wird vermutet, dass Bäume Isopren emittieren, um sich vor oxidativem Stress zu schützen“, erläutert Armin Hansel vom Institut für Ionen­physik und angewandte Physik der Universität Innsbruck. Gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Deutschland, Finnland und den USA hat seine Arbeitsgruppe nun diese Wechsel­beziehung von Atmosphäre und Pflanzenwelt näher untersucht.

Abb.: Die Wissenschaftler haben den Gas­austausch von jungen Pappeln im Labor...
Abb.: Die Wissenschaftler haben den Gas­austausch von jungen Pappeln im Labor unter kontrollierten Bedingungen studiert. (Bild: U. Innsbruck)

In der Atmosphäre wird das von den Pflanzen abgegebene Isopren durch Photo­oxidation sehr rasch in für Pflanzen schädliche Verbindungen umgewandelt. Die Innsbrucker Wissenschaftler haben junge Pappeln im Labor geringen Dosen dieser Verbindungen ausgesetzt und den Gas­austausch unter kontrollierten Bedingungen studiert. Für die Messungen nutzten die Wissenschaftler ein speziell entwickeltes Massen­spektrometer das auch kleinste Konzentrationen dieser chemischen Verbindungen nachweisen kann. Ähnliche Geräte werden vom Innsbrucker Technologie­unternehmen Ionicon Analytik vertrieben. Solche Geräte kamen auch auf Messtürmen in Wäldern in Finnland und den USA zum Einsatz. 

Anhand der Daten konnten die Forscher zeigen, dass Bäume die schädlichen Verbindungen in ihre Blätter aufnehmen und in die ungefährliche Verbindung Methyl­ethylketon umwandeln. Durch Analysen der Blätter aus den Labor­experimenten im Helmholtz Zentrum München konnte ein Enzym identifiziert werden, dass sehr wahrscheinlich für den Entgiftungs­prozess verantwortlich zeichnet. „Da dieses Enzym in Pflanzen weltweit vorkommt, gehen wir davon aus, dass dieser Prozess global von großer Bedeutung ist“, resümiert Eva Canaval. 

Auf Basis dieser Ergebnisse haben Wissenschaftler der University of Minnesota mit einem globalen Computer­modell die jährliche Produktion von Methyl­ethylketon simuliert. „Diese Simulationen zeigen, dass Pflanzen rund 1,5 Prozent des emittierten Isopren umwandeln“, sagt Eva Canaval. „Mit rund 5,6 Millionen Tonnen weltweit ist dies die größte bekannte natürliche Quelle für Methyl­ethylketon.“ Die Messdaten aus Wäldern in Finnland und den USA bestätigen dies. Die Wissenschaftler vermuten, dass dieser Entgiftungsprozess in Pflanzen eine der wichtigsten natürlichen Quellen für oxidierte flüchtige organische Verbindungen in der Atmosphäre darstellt. 

U. Innsbruck / DE

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