An der Methanquelle der Pflanzen

Jahrzehntelang wussten Wissenschaftler nur, dass Vulkane, eingeschlossenes Gas im arktischen Eis und Waldbrände als abiotische Methanquellen fungieren, in denen das Gas auf nicht-biochemische Weise gebildet wird. Mikroorganismen wurden als einzige biotische Quelle angesehen, die ohne Sauerstoff Methan produzieren. Frank Keppler und sein Team haben in den letzten Jahren festgestellt, dass Pflanzen, Pilze und auch Säugetiere Methan und dies auch in die Luft abgeben. Ob dies biotisch, das heisst durch Enzyme katalysiert, oder abiotisch und somit ein rein chemischer Prozess ist, wird derzeit von Forschern untersucht. Man hat bis jetzt festgestellt, dass Kohlenwasserstoff in Pflanzen durch die Aminosäure Methionin gebildet wird.

Die Spuren von Methan in der Atmosphäre sind gering, aber sie haben einen großen Einfluss auf das Klima. Immerhin ist sein Treibhauseffekt 25-mal höher als der von Kohlendioxid. Dies bedeutet, dass auch andere Methanquellen für das Verständnis des Klimas relevant sind.

Markiertes Methionin enthüllt den pflanzlichen Methan Ursprung

Um dem Ursprung von Methan auf den Grund zu gehen, haben Keppler vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz und der Universität Heidelberg und seine Kollegen zwei Ansätze verfolgt. Zum einen infiltrierten sie Tabakpflanzenblätter mit speziell markiertem Methionin und ließen die Sprosse in weiteren Versuchen auf einem Kulturmedium mit dem aufbereiteten Methionin wachsen. Die Aminosäure in der Methylgruppe, die nach Ansicht des Wissenschaftlers ein Vorläufer für Methan sein könnte, erhielt eine besonders hohe Menge an Kohlenstoff-13. Dieses schwere Kohlenstoffisotop kann in geeigneten Analysen deutlich von gewöhnlichem Kohlenstoff-12 unterschieden werden. „Wir fanden dann das markierte Kohlenstoffatom im Methan, das von der Pflanze emittiert wurde. Pflanzen", sagt Frank Keppler.

An der Methanquelle der Pflanzen

Die Forscher führten Reagenzglasversuche in einer wässrigen Lösung durch - ein realistisches Szenario, da die meisten Pflanzenzellen zum größten Teil aus Wasser bestehen. Sie kombinierten verschiedene methylierte Substanzen, die eine von Methan abgeleitete Methylgruppe enthalten, wie zum Beispiel Methionin, Dimethylsulfoxid oder Lecithin, mit Eisenionen, Ascorbinsäure und Wasserstoffperoxid. Letztere sind auch für den Einbau oder die Entfernung von Methylgruppen in anderen Molekülen in Pflanzen, Pilzen und Tieren verantwortlich. In den Experimenten wurde Methan aus Methionin und einigen anderen schwefelhaltigen Stoffen gebildet, die jedoch in Pflanzen nicht vorkommen - dies geschah auf abiotischem Wege, d.h. ohne biochemische Zugabe von Enzymen.

"Anscheinend hat die Verknüpfung der Methyl Gruppe Methylgruppe mit einem anderen Schwefelatom ist eine Voraussetzung dafür “, sagt Frank Keppler. „Methan wurde in solchen Mengen nur in nennenswerter Menge produziert Substanzen. “Der Kohlenwasserstoff wurde auch in Form von Dimethyl abgespalten Sulfoxid. „Bei Pflanzen spielt dies keine Rolle, bei Algen dagegen könnte ein wichtiger chemischer Vorläufer sein, aus dem Methan freigesetzt wird. “ sagt Keppler. „Diese Erkenntnis könnte eine große Hilfe bei der Erklärung des Problems des Methan-Ozean-Paradoxon sein. “Eine beträchtliche Menge Methan wird aus den Ozeanen der Welt emittiert, obwohl die Ozeane einen hohen Sauerstoffgehalt haben. Biologen können dies nicht erklären, solange sie glauben, dass Mikroorganismen nur Methan produzieren, wenn kein Sauerstoff verfügbar ist.

Methan, Zufall oder Abfallprodukt ?

„Wir haben noch nicht bewiesen, ob das Abiotikum der Mechanismus ist, den wir in den Reagenzgläsern beobachtet haben auch wirklich so funktioniert in Pflanzen “, sagt Frank Keppler. „Das wollen wir herausfinden in zukünftigen Untersuchungen. “Indem Methionin als chemische Vorstufe für Treibhausgas entdeckt wurde, haben sie bereits den ersten Schritt in diese Richtung getan. Im Moment ist es auch noch unklar, ob sich in Pflanzen zufällig Methan bildet, als Folge der benötigten Substanzen, die an diesem bestimmten Punkt in dessen Zellen zusammenkommen, oder ob es sich sozusagen um ein Abfallprodukt handelt, .

Der Ursprung der Methanemissionen, die Frank Keppler und seine Kollegen in Pflanzen, Pilzen und möglicherweise auch Tieren gefunden haben, sind noch nicht abschätzbar. Folglich ist auch noch nicht klar, welche Rolle diese im Weltklima spielen. Verlässliche Prognosen dazu können die Forscher erst dann abgeben, wenn sie alle bisher unbekannten Methanquellen gefunden und verstanden haben und wissen, welche Faktoren, wie zum Beispiel UV-Strahlung oder Sauerstoffgehalt in der Umwelt, die Methanemission beeinflussen. Methanemissionen auf das Klima auswirken. Verlässliche Prognosen dazu können die Forscher erst dann abgeben, wenn sie alle bisher unbekannten Methanquellen gefunden und verstanden haben, wenn sie wissen, welche Faktoren, wie z.B. UV-Strahlung oder Sauerstoffgehalt in der Umwelt, sich auf die Emission von Methan. Genau daran arbeiten die Forscher unter der Leitung von Frank Keppler.

Quelle: Dr. Susanne Benner, Max-Planck-Gesellschaft

Live-Chat