Wie Pflanzen ihre Energiemaschinerie in Windeseile in Gang setzen

Forscher haben entschlüsselt, wie die Photosynthese bei Pflanzen in Schwung kommt: Noch unter der Erde bilden sie zuerst die Struktur ihrer Energiefabriken, den Chloroplasten, aus. Sobald Licht auf die Keimlinge trifft, beginnt die Maschinerie wie verrückt zu laufen.

Nur etwa vier Tage kann ein Keimling von den Reserven im Samen überleben. Danach muss er über Photosynthese seine Energie aus Kohlenstoffdioxid und Licht selber herstellen. Die Photosynthese in Pflanzen läuft vor allem über das grüne Pigment Chlorophyll, das in den winzigen Chloroplasten eingelagert ist.

Deren Entwicklung schauten sich die Forschenden der Universitäten Neuenburg, Genf und Grenoble sowie der ETH Zürich nun mit biochemischen Analysen und unter dem Elektronenmikroskop anhand der Modellpflanze namens Ackerschmalwand genauer an.

Demnach ist ein im Boden schlummernder Keimling noch nicht grün, sondern wegen fehlendem Chlorophyll gelb. Doch sobald der den Boden durchdringt, dauert es überraschenderweise weniger als 24 Stunden, bis aus einem Vorläuferorganell ein funktionierender Chloroplast entsteht. In diesem bildet sich ein Membrannetzwerk aus, in das zuerst nur ein paar wenige Proteine zusammen mit Chlorophyll eingebettet sind – gerade genug, damit der Keimling erst einmal überleben kann.

In rasendem Tempo zu Nahrung

Doch dann gilt es, so schnell wie möglich Energie bereitzustellen: Treffen die ersten Sonnenstrahlen auf die Keimlinge, beginnen die Chloroplasten tausende Proteine aufzunehmen, die nötig sind, um Chlorophyll herzustellen und Photosynthese zu betreiben. Ausserdem vermehren sich die Chloroplasten nun rasant, um möglichst viel Nahrung aus dem Sonnenlicht zu gewinnen.

«Die Pflanzen entwickeln ihre Energiefabriken unglaublich schnell», sagte Studienautor Felix Kessler von der Uni Neuenburg im Gespräch mit der Nachrichtenagentur Keystone-SDA. Sie hätten einen genialen Mechanismus entwickelt, der ihnen das Überleben im Konkurrenzkampf um Licht mit anderen Pflanzen sichert.

Die Arbeit der Forschenden soll in den nächsten Tagen im Fachmagazin «eLife» erscheinen. Es ist gemäss einer Mitteilung der Uni Neuenburg die bisher umfassendste Studie über die Entstehung der Photosynthese.