Die neue Algenart Streptofilum arcticum ist nah verwandt mit dem Schwesterorganismus Streptofilum capillatum, eine winzige grüne bodendeckende Alge. Erst gehäuft, als sogenannter Biofilm ist der Algenteppich in den Dünen vor Heiligendamm am Ostseestrand oder in der arktischen Tundra für das bloße Auge sichtbar. Auch Streptofilum capillatum selbst ist erst vor wenigen Jahren von demselben Team aus Ackerland beschrieben worden und stellt eine neue Linie im Stammbaum der Pflanzen dar. Herausragend an dieser Alge ist, dass sie evolutiv ein Vorläufer der heutigen Pflanzen ist und man sie deshalb als lebende Fossilien bezeichnen kann. Streptofilum gehört zu den ursprünglichsten Algenvertretern aus der Linie der Streptophyten, welche mit den Landpflanzen direkt verwandt sind. Sie stammt aus der Zeit, als Süßwasser-Algen das Land eroberten. Evolutive Neuerungen waren notwendig, um an Land zu leben: Trockenheit, ausgeprägte Temperaturschwankungen und UV-Strahlung sind die wichtigsten Herausforderungen, die sich die terrestrischen Algen stellen mussten. Aus diesen speziellen Anpassungen sind letztlich die Pflanzen hervorgegangen.
„Diese Algen haben potenziell eine besonders flexible Zellwand, welche sich in ihrer Feinstruktur deutlich von den Zellwänden anderer Grünalgen unterscheidet. Das konnten wir mittels eines Elektronenmikroskops zeigen. Bei Wassermangel schrumpft die Zellwand; steht wieder mehr Wasser zur Verfügung dehnt sich die Zellwand aus, so dass die Zelle das Wasser aufnehmen kann ohne dabei Schaden zu erleiden. Diese Funktion erklärt den evolutionären Übergang dieser Alge vom Wasser ans Land“, sagt Juniorprofessorin Karin Glaser vom Institut für Biowissenschaften der TU Bergakademie Freiberg, die zuvor an der Universität Rostock in der Arbeitsgruppe von Professor Ulf Karsten am Institut für Biowissenschaften gearbeitet hat.
„Über viele Jahre konnten wir in Dünen entlang der Ostseeküste und in der Tundra Spitzbergens biologische Bodenkrusten sammeln, aus denen wir die untersuchten Algen isolieren, reinigen und als Labor-Organismen etablieren konnten. Diese Kulturen sind quasi unser Goldstaub, an denen man umfassende Untersuchungen durchführen kann“, fügt Ulf Karsten hinzu.
Die Zellfunktionen sorgen auch dafür, dass sich Streptofilum an extreme Umweltbedingungen anpassen kann: Die Alge überlebt in trockenen, kalten Böden der Arktis und kann nach Trockenperioden schnell wieder aktiv werden. Auch gegenüber Licht und Temperatur ist sie außergewöhnlich flexibel. Sie wächst sowohl bei schwachem Licht als auch unter starker UV-Strahlung und zeigt eine Temperaturtoleranz zwischen fünf bis 40 Grad Celsius. Dadurch ist die Alge in der Lage, Klimaveränderungen zu tolerieren und vermutlich auch den kommenden Herausforderungen zu trotzen.
In der arktischen Tundra bei Spitzbergen, aber auch in Sand-Proben von der Ostseeküste bei Heiligendamm haben die Forschenden die besondere Alge schon identifiziert. „Die große regionale Verbreitung hat uns sehr überrascht; die Algen kommen häufiger vor, als bisher angenommen“, sagt Glaser. Wo die neue Algenart noch auf der Erde vorkommt und wie sie ihre besonderen Zellfunktionen bei steigenden Durchschnittstemperaturen nutzen kann, will das Team nun genauer untersuchen.
Diese Erkenntnisse helfen nicht nur, die Evolution der Landpflanzen besser zu verstehen. Sie können auch neue biotechnologische Anwendungen inspirieren, beispielsweise um algenbasierte UV-beständige Substanzen für Bio-Sonnenschutzmittel zu entwickeln, die Korallen und Meere nicht belasten wie die bisher verwendeten chemischen Verbindungen. „Algen dieser Arten produzieren sogenannte Mykosporin-ähnliche Aminosäuren, die sie gegen UV-Strahlen aus dem Sonnenlicht schützen. Das Verständnis ihrer Funktionsweise ist eine wichtige Grundlage für mögliche Anwendungen in kosmetischen Produkten“, verweist Juniorprofessorin Karin Glaser.
wissenschaftliche Ansprechpartner: Prof. Dr. Ulf Karsten Universität Rostock Institut für Biowissenschaften Tel.: +49-381-4986090 E-Mail:
