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27.12.2017

Pflanzen als biologische Lampen

MIT-Wissenschaftler haben ohne Genmanipulation eine fluoreszierende Wasserkresse entwickelt, deren Lichtabgabe sich ein- und ausschalten lässt.

Pflanzen als Leuchten herzustellen, sei interessant, schreiben die Wissenschaftler in ihrer Veröffentlichung "Eine nanobionische lichtabgebende Pflanze" in den Nano Letters. Lebende Pflanzen hätten eine unabhängige Energieerzeugung, sie besitzen Speichermechanismen und sind in der Lage, sich selbst zu reparieren. Sie sehen ihre Forschung als Möglichkeit, die Abhängigkeit der Menschen vom elektrischen Licht zu reduzieren und auf eine "natürliche" biologische Beleuchtung umzusteigen.

Michael Strano, einer der Wissenschaftler, sagt, die Vision dahinter sei es, "eine Pflanze so umzubauen, dass sie als Schreibtischlampe funktioniert, die man nicht anstecken muss". Das Licht werde letztlich durch den Metabolismus der Pflanze selbst erzeugt. Das klingt danach, als ob es durch die Maschinisierung der Pflanzen Energie umsonst gebe. Aber auch erneuerbare Energien sind schließlich nicht umsonst zu haben, weil man Technik benötigt, um sie zu gewinnen und zu transformieren.

So sonderlich "natürlich" geht es freilich nicht zu. Die Wissenschaftler verändern die Pflanze zwar nicht genetisch, sie führen einfach Nanopartikel in sie ein, die bestimmte Aufgaben erfüllen können. Die Nanopartikel kommen in eine flüssige Lösung, in die die Pflanzen eingetaucht werden. Setzt man sie unter Druck, öffnen sich die Stomata, die Poren an der Unterseite der Blätter, wodurch die Nanopartikel in sie eindringen können. Je nach Größe der Nanopartikel lässt sich beeinflussen, wohin sie in der Pflanze gelangen. So gelangen Nanopartikel in der Größe von 10 nm in die Mesophyll- und Stomata-Zellen, während sich Nanopartikel ab der Größe von 100 nm im extrazellulären Mesophyll der Blätter bleiben.

Auf diese Weise können Pflanzen ganz unterschiedlich als Sensoren oder Maschinen programmiert werden. Die Wissenschaftler haben zuvor Pflanzen als Sensoren gebaut, um Explosivstoffe oder zu trockenen Boden aufzuspüren. Um die Pflanzen zum Leuchten zu bringen, wurden sie mit vier chemisch interagierenden Nanopartikeln aufgefüllt. Zentral sind eine Firefly-Luciferase aus dem Leuchtkäfer (SNP-Luc) und das D-Luciferin. Beide zusammen geben Energie in Form von Licht ab. Dazu wurde noch Coenzym A eingeführt, das ein Nebenprodukt der Reaktion zwischen Luciferase und Luciferin abbaut, da es die Aktivität der Luciferase hemmt, und als Halbleiter dienten Phosphor-Nanokristalle zur Verlängerung der Wellenlänge. Für die kleineren Nanopartikel in der Größe von 10 nm verwendeten die Wissenschaftler Siliciumdioxid, um damit die Luciferase zu transportieren, die größeren Partikel bestehen aus PLGA-Polymeren und Chitosan.

Die mit den Nanopartikeln behandelte Wasserkresse ist allerdings alles andere als eine Lampe. Das Licht, das von ihr ausgeht, ist ein schwaches Leuchten, gerade einmal halb so viel, wie eine LED-Leuchte mit 1 Mikrowatt erzeugen würde. Es werden 1.44 × 1012 Photonen pro Sekunde abgegeben. Das sei aber viel besser als Versuche mit genveränderten Tabakpflanzen, zudem könne die Methode im Prinzip bei allen Pflanzen angewendet werden. So haben die Wissenschaftler auch Spinat oder Kohl zum Leuchten gebracht. Die Wasserkresse leuchtete schließlich 3,5 Stunden lang. Mit der Zuführung eines Luciferase-Inhibitors konnte das Leuchten "abgeschalten" werden.

Die Wissenschaftler gehen optimistisch davon aus, dass sich die Lichtstärke erhöhen lässt. Ein erster Schritt sei auf dem Weg gelungen, einen Sämling oder auch eine ausgewachsene Pflanze so zu behandeln, dass sie ihr ganzes Leben lang leuchten können. Gedacht wird etwa an Bäume, die als Straßenlampen fungieren. Sie könnten, wenn es dunkel wird, zu leuchten beginnen und aufhören, wenn es hell wird. 


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Quelle   Der Bericht wurde von der Redaktion „TELEPOLIS“ (Florian Rötzer) 2017 verfasst – der Artikel darf nicht ohne Genehmigung von Florian Rötzer 2017 weiterverbreitet werden! 

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