Neue Einblicke in die Kalkbildung bietet eine Studie von Potsdamer Forschern, die am 5. August im Fachjournal "Science" erschienen ist. Ein Team von Wissenschaftlern des Max-Planck-Institutes für molekulare Pflanzenphysiologie und des Max-Planck-Institutes für Kolloid- und Grenzflächenforschung unter der Leitung von André Scheffel untersuchte die Bildung von Kalkschuppen bei der Kalkalge Pleurochrysis carterae. An der Arbeit beteiligt war auch Richard Wirth vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ, der die Studie mit transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen begleitete. Die Erkenntnisse sind vermutlich für alle kalkverarbeitenden Organismen relevant, etwa Muscheln und Seeigel.
Neue Einblicke in die Kalkbildung bietet eine Studie von Potsdamer Forschern, die am Freitag, 5. August, im Fachjournal Science erschienen ist. Ein Team zusammengesetzt aus Wissenschaftlern des Max-Planck-Institutes für molekulare Pflanzenphysiologie und des Max-Planck-Institutes für Kolloid und Grenzflächenforschung unter der Leitung von André Scheffel untersuchte die Bildung von Kalkschuppen bei der Kalkalge Pleurochrysis carterae. Sie gehört zu den Coccolithophoriden, einer Gruppe von einzelligen Meeresalgen, die ihren Namen den Kalkschuppen – Coccolithen – auf ihrer Oberfläche verdanken.
An der Arbeit beteiligt war auch Richard Wirth vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ, der die Studie mit transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen begleitete. Wirth sagt: „Wir konnten morphologische Details bei der Coccolith-Bildung abbilden und mit einem weiteren Verfahren die Verteilung von Kalzium und dessen Phase bestimmen.“ Dabei ging es um die Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS). Die EELS offenbarte, dass Kalzium-Polysaccharidpartikel, die am Rand der Bodenplatte entstehen, kein Karbonat enthalten, obwohl man das erwarten würde.
Die Bodenplatte ist Teil der winzigen Kalkschuppen und besteht aus organischem Material, vor allem Zellulosefasern. Sie wird wie ein Tortenboden von einem Rand eingefasst. An diesem Rand, und nur dort, sind abwechselnd Calcit-Kristalle mit zwei unterschiedlichen Formen angeordnet. „Bislang hielt man die chemische Struktur der Bodenplatte für ausschlaggebend, damit sich die Kalk-Kristalle nur am Rand der Coccolithen bilden“, so Scheffel. Die Potsdamer Forscher haben diese Vermutung nun widerlegt.
„Wir haben einen biochemischen Mechanismus entdeckt, der bewirkt, dass die Kristalle nur dort entstehen können, wo sie im fertigen Coccolith zu finden sind“, sagt Studienleiter André Scheffel. Die Coccolithen werden im Inneren der Alge gebildet, dann aus der Zelle ausgeschleust und im Coccolithen-Panzer integriert, der jede Algenzelle umgibt.
Experimente des Teams zeigten, dass sich an der Bodenplatte alleine keine Kristalle bilden. Vielmehr bedarf es löslicher Polysaccharide, damit Kalzium an die Stelle gebracht wird wo die Kalkkristalle entstehen sollen. Die genaue Funktion diese Vielfachzucker bei Coccolithenbildung , war bislang nicht bekannt. „Unsere Erkenntnisse sind wahrscheinlich nicht nur für P. carterae relevant, sondern für alle Organismen, die Kalk verarbeiten: andere Algen, Muscheln und Seeigel“, sagt André Scheffel. Möglicherweise handle es sich um einen Mechanismen, der bei der Biomineralisation generell eine Rolle spiele, also auch bei der Bildung von Zähnen und Knochen. Denn auch hier ist bislang unklar, warum die mineralischen Kristalle dort entstehen, wo sie hingehören.
Originalveröffentlichung:
Assaf Gal, Richard Wirth, Joachim Kopka, Peter Fratzl, Damien Faivre und André Scheffel Macromolecular recognition directs calcium ions to coccolith mineralization sites Sience, 5. August 2016; doi: 10.1126/science.aaf7889
MPI für molekulare Pflanzenphysiologie:
https://www.mpg.de/10678912/kalkalge-coccolith-biomineralisation?filter_order=L&research_topic=
