Göttinger Forscher entschlüsseln entscheidende Funktionen der Grünalgen

Im Alltag sind sie oft lästig, weil sie beispielsweise Böden zu Rutschbahnen machen können, für die Wissenschaft sind sie vielversprechend: Grünalgen, mikroskopisch kleine Einzeller. In den vergangenen Jahren hat ein Göttinger Forscherteam am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation einige Eigenschaften der Algen entschlüsselt. „Grünalgen sind ein interessanter Modellorganismus, der sich auf der Grenzfläche zwischen Flora und Fauna befindet“, sagt Oliver Bäumchen, Leiter der Forschungsgruppe „Dynamik fluider und biologischer Grenzflächen”. Die Algen können sich als Einzeller fortbewegen, haben aber wie Pflanzen die Fähigkeit zur Photosynthese. Sie seien zwar ein gut untersuchter Organismus, trotzdem blieben viele Fragen, so Bäumchen. Etwa danach, wie sie schwimmen, wie sie Gemeinschaften bilden, wie die Signalwege funktionieren. Vielversprechende Einzeller: Wissenschaftler versprechen sich viel von den Algen. Sie seien spannend für die Suche nach neuen Biokraftstoffen, für Fotobioreaktoren, für biologische Klebstoffe, für die Synthese von Wasserstoff, als Wirkstoffkomponente für Medikamente, so Bäumchen. Deswegen sei es fundamental zu wissen, wie sie funktionieren. Der Physiker beschäftigt sich seit 2013 am MPI mit den Algen. Eine Kernfrage war für ihn und sein Team dabei die nach der Haftung der Algen, die auf Oberflächen Biofilme bilden. Dies kann gewollt sein oder aber stören, etwa in Fotobioreaktoren. In den Glasröhren werden aus den Algen Biokraftstoffe erzeugt. Da die Einzeller an den Wänden haften, bekommen die Algen im Inneren irgendwann nicht mehr genug Licht für die lebensnotwendige Photosynthese. Wie die Haftung der kleinen Einzeller funktioniert, haben Bäumchen und sein Team herausgefunden. „Unsere entscheidende Entdeckung!“ Eigentlicher Ausgangspunkt sei gewesen, zu untersuchen, mit welcher Kraft die Algen anhaften. Es sei schwer, einen so kleinen Organismus, der schwimmt, zu greifen. Bäumchen und sein Team entwickelten Mikropipetten, haardicke, hohle Glasnadeln, die mit einer speziellen Art von Sensoren besetzt sind. So lassen sich die Einzeller greifen und die winzigen Kräfte messen. Dass sich das Anhaften der Algen an Oberflächen durch Licht steuern lässt, fand Bäumchens Doktorand Christian Kreis heraus. Über ein Jahr habe Kreis keine messbaren Ergebnisse bekommen. Mal hafteten die Algen, mal nicht. „Er war frustriert“, erzählt Bäumchen. Daraufhin hätten sie akribisch aufgeschrieben, welche Parameter er geändert hatte. Und da sei es klar geworden, dass es an einer bestimmten Kamera lag. Eine Kamera hatte weißes Licht. Immer, wenn Kreis die verwendet hatte, hafteten die Algen. „Wir wollten eigentlich rotes Licht benutzen“, so Bäumchen, „weil die Algen dann nicht zum Licht schwimmen.“ Bei weißem Licht haften die Algen an der Oberfläche, bei rotem gingen sie weg von der Oberfläche. Algen sind überall: Dass diese Funktion evolutionär entstanden sei, dafür gebe es viele einleuchtende Argumente, so Bäumchen. Algen seien überall verteilt, sie sind in Pfützen, Teichen, im Boden, sogar im Schnee, sagt der Forscher. Da sie Licht brauchen, sei ihre Fähigkeit anzuhaften eine großer Vorteil. Der Einzeller, der gute Bedingungen gefunden hat, kann zum einen nicht weggespült werden und muss sich zum anderen nicht mehr bewegen und spart Energie. Haften im Licht sei also ein starker Vorteil. „Wir haben herausgefunden, dass die Algen über einen Rezeptor verfügen“, berichtet Bäumchen. Ist das Licht stark, sorgt er für die Ausscheidung klebriger Proteine. Wird es dunkler, löst sich die Alge wieder, um einen besseren Ort zu suchen. Mikrobiologen könnten durch Einsatz gentechnischer Verfahren den Rezeptor ausschalten. Sieben Jahre Forschung mit sehr guten Ergebnissen: Nun aber steht ein Umbruch an. Physiker Bäumchen hat einen Ruf auf eine Professur an der Universität Bayreuth angenommen. Am 1. Oktober ist sein erster Arbeitstag an neuer Wirkungsstätte. Mit der Arbeitsgruppe am MPI DS wird Bäumchen von Bayreuth aus in den nächsten Jahren weiter eng zusammenarbeiten. Von Christiane Böhm