Giftig oder nur lästig - Wie Moose mit Schwermetall umgehen

Obwohl Moose oft im Biomonitoring verwendet werden um die Luftqualität und Metallkonzentrationen in der Umwelt zu bestimmen, wissen wir immer noch sehr wenig über die Faktoren und die Dynamik, welche Metalladsorption und Toxizität für Pflanzen bestimmen. Trotz eindeutiger Hinweise darauf, dass Metallkombination und -komplexierung eine entscheidende Rolle bei der Schädlichkeit spielen, konzentrieren sich viele Studien auf die Exposition gegenüber einzelnen Metallen. In der Natur kommen Metalle jedoch fast immer in Kombination vor. In diesem Projekt verfolgen wir die Idee, dass bestimmte Kombinationen von Metallen und deren Komplexe schädlicher sind als andere. Darüber hinaus untersuchen wir die Wirkung von Metallen auf die Struktur und Zusammensetzung der pflanzlichen Zellwand, die die erste Verteidigungslinie bei Metallexposition darstellt. Wir verwenden Röntgenstreuung und andere, modernste bildgebende Verfahren, um die Metalladsorption, -dynamik und -wertigkeit in Moospflänzchen zu analysieren. Mittels hochauflösender Mikroskopie und biochemischen Analysen untersuchen wir ultrastrukturelle Veränderungen in der Zellwand, die durch Metallexposition verursacht werden. So können wir einerseits die Metallverteilung und Komplexbildung an der Außenseite der Zellen sichtbar machen und andererseits mit den kleinsten Veränderungen vergleichen, die die Metalle an der Zellwand und im Zellinneren bewirken. Unsere Versuchspflanzen werden verschiedenen Kombinationen aus Eisen, Arsen, Mangan, Antimon und Kupfer ausgesetzt, wie sie auch in der Natur vorkommen. Der pH-Wert wird ebenfalls berücksichtigt, da er eine wichtige Rolle bei der Metallkomplexbildung spielt. Der größte Teil der Studie wird am Moosmodell Physcomitrium patens durchgeführt, das in steriler Kultur auf mit Metall versetztem Agar gezüchtet wird. Aber das Projekt ist nicht auf Laborexperimente beschränkt. Auf einem ehemaligen Bergbaustandort in Österreich, dem Knappenberg bei Wien, werden wir Moospflanzen sammeln und die Metallverteilung und Adsorptionseigenschaften direkt mit den experimentellen Proben im Labor vergleichen. Diese Daten werden die Auswirkungen verschiedener Metalle und Metallverbindungen beleuchten und dazu beitragen, die zugrunde liegenden Mechanismen für Metalltoxizität und -toleranz in Moosen zu verstehen. Da die Moosoberfläche den Wurzeln von Samenpflanzen sehr ähnlich ist, können die Ergebnisse dieses Projekts auch für den Anbau von Nutzpflanzen in kontaminierten Böden verwendet werden. Zwei Gruppen arbeiten in diesem Projekt eng zusammen: Ingeborg Lang, Universität Wien (UNIVIE), ist Zellbiologin und Expertin in Moosphysiologie unter Metallstress. In ihren Bereich fallen die Kultivierung, Vermehrung, Färbung und Mikroskopie der Versuchspflanzen, sowie die Versuche zur biochemischen Zellwandanalyse. Helga Lichtengger, Universität für Lebenswissenschaften (BOKU), ist Biophysikerin und Expertin für bildgebende Röntgenverfahren und hochauflösende Synchrotrontechniken zur Abbildung und Charakterisierung biologischer Materialien, einschließlich Metallverteilung und Ultrastruktur pflanzlicher Zellwände. Zwei PhD-Stellen, eine in jeder Gruppe, werden durch das Projekt finanziert.