Forschung: Seltenes Mineral in Pflanzen entdeckt

Wissenschaftler der Sainsbury Laboratory Cambridge University haben herausgefunden, dass das Mineral Vaterit, eine Form von Kalziumkarbonat, ein wichtiger Bestandteil der schützenden silbrig-weißen Kruste ist, die sich auf den Blättern einer Reihe von alpinen Pflanzen bildet.

In der Pflanzengruppen der Saxifragen scheint viel besonderes Potential zu stecken. Bild: GABOT.

Vaterit kommt in der Natur sehr selten vor. Kleine Mengen von Vateritkristallen wurden in einigen Krustentieren, Vogeleiern, Innenohren von Lachsen, Meteoriten und Steinen gefunden. Nun konnte das instabile Mineral erstmals mit Pflanzen in Verbindung gebracht werden, wobei die gefundenen Mengen zudem verhältnismäßig groß sind.

Die Entdeckung wurde durch eine Zusammenarbeit zwischen dem Sainsbury Laboratory Cambridge University und dem Botanischen Garten der Universität Cambridge im Rahmen eines laufenden Forschungsprojekts gemacht, bei dem das Innenleben von Pflanzen im Garten mit Hilfe neuer Mikroskopie-Technologien untersucht wird. Die Forschungsergebnisse wurden in der neuesten Ausgabe der 'Flora' veröffentlicht.

Dr. Raymond Wightman, Core Facility Manager für Mikroskopie, sagte, dass Vaterit für die Pharmaindustrie von Interesse sei: "Biochemiker arbeiten daran, Vaterit synthetisch herzustellen, da es Potenzial für den Einsatz in der Medikamentenabgabe hat, aber es ist nicht einfach herzustellen. Vaterit hat besondere Eigenschaften, die es aufgrund seiner hohen Belastbarkeit, seiner hohen Aufnahmebreitschaft für Zellen und seiner Löslichkeitseigenschaften zu einem potenziell überlegenen Träger für Medikamente machen, der eine nachhaltige und gezielte Freisetzung therapeutischer Medikamente an Patienten ermöglicht. Beispielsweise scheinen Vaterit-Nanopartikel, die mit Krebsmedikamenten beladen sind, das Medikament nur an den Stellen von Krebserkrankungen langsam abzuladen und somit die negativen Nebenwirkungen des Medikaments zu begrenzen."

Weitere Einsatzmöglichkeiten von Vaterit sind die Verbesserung der Zemente in der orthopädischen Chirurgie und als industrielle Anwendung die Verbesserung der Qualität von Papieren für den Inkjetdruck.

Dr. Wightman sagte, dass Vaterit oft mit dem Weltraum in Verbindung gebracht und in Planetenobjekten des Sonnensystems und in Meteoriten entdeckt wurde: "Vaterit ist in der feuchten Atmosphäre der Erde nicht sehr stabil und geht häufig in andere Formen von Kalziumkarbonat, wie zum Beispiel Calcit, über. Das macht es umso bemerkenswerter, dass wir Vaterit in so großen Mengen auf der Oberfläche von Pflanzenblättern gefunden haben."

Das Team des Botanischen Gartens der Universität Cambridge hofft, die Frage, warum diese Arten eine Kruste aus Kalziumkarbonat produzieren und warum in einigen Krusten Calcit vorkommt, durch eine weitere Analyse der Blattanatomie der Saxifraga-Gruppe zu beantworten. Sie vermuten, dass Vaterit auf mehr Pflanzenarten vorhanden sein könnte, aber dass das instabile Mineral bei Wind und Regen in Calcit umgewandelt wird. Dies kann auch der Grund dafür sein, dass einige Pflanzen gleichzeitig Vaterit und Calcit enthalten.

Die Mikroskopie-Forschung hat auch einige neue Zellstrukturen hervorgebracht. Herr Aston fügte hinzu: "'Saxifraga scardica' produziert nicht nur Vaterit, sondern hat auch ein spezielles Gewebe, das den Blattrand umgibt und das Licht vom Rand in das Blatt abzulenken scheint. Die Zellen scheinen neuartige Zellwandstrukturen zu produzieren, um diese Ablenkung zu erreichen. Dies kann der Pflanze helfen, mehr Licht zu sammeln, besonders wenn sie in teilweise schattigen Umgebungen wächst."

Das Team glaubt, dass die neuartigen Zellwandstrukturen von Saxifragen eines Tages dazu beitragen könnten, die Herstellung neuer, von der Natur inspierter optischer Geräte und photonischer Strukturen für die Industrie wie Kommunikationskabel und Lichtwellenleiter zu fördern.

Herr Aston sagte, dass diese ersten Entdeckungen nur der Anfang waren: "Wir erwarten, dass es auch andere Pflanzen gibt, die Vaterit produzieren und spezielle Blattanatomien haben, die sich in rauen Umgebungen wie den Alpenregionen entwickelt haben. Die nächste Art, die wir untersuchen wollen, ist Saxifraga lolaensis, die extrem winzige Blätter mit einer Organisation von Zelltypen hat, die noch nie zuvor in einem Blatt zu sehen waren und von der wir glauben, dass sie weitere faszinierende Geheimnisse über die Komplexität der Pflanzen enthüllen wird."

Es besteht die Gefahr, dass einige dieser winzigen, aber erstaunlichen alpinen Pflanzen durch Klimawandel, Schäden durch alpinen Freizeitsport und übermäßiges Abernten verschwinden könnten. Es gibt noch viel über diese Pflanzen zu lernen, aber die gemeinsame Arbeit des Sainsbury Laboratory und des Cambridge University Botanic Garden Teams zeigt faszinierende Einblicke in die Blattanatomie und Biochemie und zeigt das Potenzial von Saxifragen, eine neue Reihe von Biomaterialien zu liefern.

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