Und sie tun es doch

Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie entschlüsseln Methanproduktion bei Pflanzen

03.07.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Nach neuesten Erkenntnissen setzen Pflanzen nicht nur Sauerstoff, sondern auch das Klimagas Methan frei. (Bildquelle: © Makrodepecher/ pixelio.de)
Nach neuesten Erkenntnissen setzen Pflanzen nicht nur Sauerstoff, sondern auch das Klimagas Methan frei. (Bildquelle: © Makrodepecher/ pixelio.de)

Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, den Ausgangsstoff für die Methanbildung bei Pflanzen zu identifizieren, die Aminosäure Methionin.

Methan (CH4) ist ein Gas, das in den letzten Jahren traurige Berühmtheit erlangt hat. Kannte man es früher größtenteils als Hauptbestandteil des „Sumpfgases“, gilt es heute als Treibhausgas, da es bei der globalen Erwärmung über 20fach stärker wirkt als Kohlendioxid (CO2). Als Hauptquellen wurden bisher z. B. Vulkanausbrüche, die Verdauungstrakte von Wiederkäuern und der Nassreisanbau genannt. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie haben jetzt nicht nur nachgewiesen, dass auch Pflanzen Methan freisetzen können, sondern auch wie sie es tun.

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Der Nassreisanbau gilt als eine der größten globalen Methanquellen.

Der Nassreisanbau gilt als eine der größten globalen Methanquellen.

Bildquelle: © Carsten Raum/ pixelio.de

„Aerobes“ Methan?

Methan galt als Gas, das sich in nennenswerten Mengen nur unter Sauerstoffabschluss bildet. Es entsteht auf biotischem Weg hauptsächlich durch sogenannte „Methanbildner“, Mikroorganismen, für die Sauerstoff das reine Gift ist. Diese Mikroorganismen gehören zu den Archaea, einzelligen Lebewesen, die neben den Eukaryoten und Bakterien die dritte große Domäne der Lebewesen bilden. Die Archaeen sind vermutlich sehr alt. Sie existierten wohl schon, als es in der Atmosphäre der Erde noch gar keinen Sauerstoff gab, aber vermutlich viel Methan, also vor der „Erfindung“ der Photosynthese. Umso erstaunlicher war es, als Wissenschaftler vor ein paar Jahren feststellten, dass auch Pflanzen, die ja bekanntermaßen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre leben, Methan freisetzen. Nur konnte man damals noch nicht sagen, wie das alles passierte.

Methionin als Quelle

Das holten die Wissenschaftler jetzt nach: In ihrer neuen Studie konnten sie erstmals nachweisen, aus welchem Ausgangsstoff Pflanzen Methan produzieren. Im Reagenzglas kombinierten sie in einer wässrigen Lösung verschiedene Substanzen, die eine oder mehrere Methylgruppen (-CH3) enthalten, also als Ausgangsstoff für Methan in Frage kommen, mit Stoffen, die in Pflanzenzellen am Einbau von Methylgruppen beteiligt sind. Dabei zeigte sich, dass aus dem Ausgangsstoff Methionin, einer Aminosäure, Methan gebildet wurde, und zwar auf abiotischem Weg, also ohne das Zutun von Enzymen. Auch andere Stoffe wurden als Quelle für Methan identifiziert, die aber in Pflanzen nicht weiter von Bedeutung sind.

In einer weiteren Testreihe „fütterten“ die Wissenschaftler Tabakpflanzen mit speziellen Nährmedien, die mit Methionin präpariert waren. Das Methionin war zudem in seiner Methylgruppe mit dem Kohlenstoff-Isotop C-13 markiert. Nach einiger Zeit konnten die Wissenschaftler im freigesetzten Methan die C-13-Isotope nachweisen.

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Die Erkenntnis, dass Methan auch in einer sauerstoffreichen Umgebung gebildet wird, könnte das Methan-Ozean-Paradoxon lösen, da lange Zeit ausgeschlossen wurde, dass sich Methan im sauerstoffhaltigen Meerwasser bildet, während die Ozane jedoch für rund 4% der globalen Methanproduktion verantwortlich sind.

Die Erkenntnis, dass Methan auch in einer sauerstoffreichen Umgebung gebildet wird, könnte das Methan-Ozean-Paradoxon lösen, da lange Zeit ausgeschlossen wurde, dass sich Methan im sauerstoffhaltigen Meerwasser bildet, während die Ozane jedoch für rund 4% der globalen Methanproduktion verantwortlich sind.

Bildquelle: © Jutta Röwer/ pixelio.de

Nicht nur höhere Pflanzen

Die Untersuchungen offenbaren aber noch weitere Ergebnisse: Der Stoff Dimethylsulfoxid wurde ebenfalls als Methanquelle identifiziert. Er besitzt wie das Methionin Methylgruppen, die an ein Schwefelatom gebunden sind und könnte nach Meinung der Wissenschaftler in Meeresalgen eine wichtige Rolle bei der Methanfreisetzung spielen. Denn auch die Ozeane geben große Mengen an Methan an die Atmosphäre ab, obwohl auch sie Sauerstoff enthalten, ein Vorgang, den bisher niemand so richtig erklären konnte. Weitere neu entdeckte Methanquellen sind etwa Pilze, die anscheinend auch auf Methionin als Ausgangsstoff zurückgreifen. Sogar UV-Licht kann, wenn es abgestorbenes Pflanzenmaterial bestrahlt, aus dem Stoff Pektin Methan entstehen lassen.

Weitere Forschung nötig

Wie genau die Reaktionen in Pflanzen ablaufen und welchen Zweck sie haben, werden weitere Forschungen zeigen müssen. Unklar ist weiterhin, ob Methan ein Produkt zufällig zusammentreffender Stoffe ist oder regelmäßig als Abfallprodukt bei einer für die Pflanze wichtigen Reaktion entsteht. Auch ist unklar, wie viele Methanquellen es noch gibt. Das alles ist wichtig, um die tatsächlichen globalen Methan-Emissionen bilanzieren und eine Auskunft über seine Rolle bei der Klimaerwärmung geben zu können. Die vorliegenden Ergebnisse sind daher lediglich der Anfang einer langen Reihe von Forschungen, die noch nötig sein werden.

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