Potsdam-Golm - Das Wort "Photosynthese" beschreibt zwar den grundsätzlich gleichen Vorgang der Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate mittels Lichtenergie - doch gibt es verschiedene Varianten davon. Eine aktuelle Studie hat sich den Unterschieden zweier Varianten gewidmet, wie das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie berichtet: der C3- und der C4-Photosynthese.
C3 ist die ältere und verbreitetere Version, sie wird unter anderem von so wichtigen Nahrungspflanzen wie Reis und Weizen angewandt. Bei der Fixierung von CO2 wird hier als erstes ein Molekül mit drei Kohlenstoffatomen gebildet, das sogenannte 3-Phosphoglycerat.
Die "neue" Methode
Bei steigenden Temperaturen und bei Trockenheit macht diese Methode jedoch Probleme: Um eine erhöhte Wasserverdunstung zu verhindern, schließen Pflanzen dann nämlich ihre Spaltöffnungen, wodurch die CO2-Aufnahme eingeschränkt wird und die Photosynthese-Leistung sinkt. Vor 25 bis 32 Millionen Jahren hat sich, vermutlich aufgrund des damals sinkenden CO2-Gehalts in der Atmosphäre, eine neue Variante entwickelt: die C4-Photosynthese.
Statt des 3-Phosphoglycerats wird hier bei der CO2-Fixierung eine Verbindung mit vier Kohlenstoffatomen namens Oxalacetat gebildet. Hier läuft der Photosynthese-Prozess in zwei voneinander getrennten Zelltypen ab und es können selbst geringste Mengen CO2 für die Photosynthese genutzt werden. Zu den "C4-Pflanzen" zählen viele Spezies der Tropen und Subtropen - und auch hierzu gehören einige wichtige Nutzpflanzen wie etwa Mais, Zuckerrohr oder Hirse.
Das beste aus beiden Welten
Wachsende Weltbevölkerung und Veränderungen des Klimas sind Faktoren, die Gentechnik als einen möglichen Weg erscheinen lassen, die Nahrungsmittelproduktion zu erhöhen. Grundlagenarbeit dafür haben die Forscher des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie zusammen mit Kollegen aus den USA, Kanada und China geleistet, indem sie C3- und C4-Photosynthese näher untersuchten und miteinander verglichen.
"Gemeinsam konnten wir verschiedene Faktoren in den Blättern identifizieren, die wahrscheinlich an der Steuerung der Photosynthese beteiligt sind", sagt Max-Planck-Forscher Alisdair Fernie. "Diese Faktoren scheinen ausschlaggebend dafür zu sein, ob die Pflanze C3- oder C4-Photosynthese betreibt. Außerdem konnten wir Unterschiede im Kohlenstoff- und Stickstoffstoffwechsel von C3- und C4-Pflanzen feststellen."
Die Datentabellen wurden online gestellt: "Unsere Daten können so als Quelle für weitere Forschungsarbeiten zur Photosynthese genutzt werden", sagt Fernies Kollege Mark Stitt. Letztendlich - so sein Fernziel - könnten daraus neue Methoden zur Ertragssteigerung entwickelt werden, indem man C3-Pflanzen die Möglichkeit zur C4-Photosynthese verleiht. (red, derStandard.at, 19. 10. 2014)