Grünalgen haben sich schon vor ca. 700 Millionen Jahren in zwei Gruppen geteilt – in Chlorophyta und Charophyta. Im vom österreichischen Wissenschaftsfond FWF finanzierten Projekt von Andreas Holzinger lag der Fokus auf der Austrocknungstoleranz von Charophyta, also streptophytischen Grünalgen. „Manche Algen können großen Trockenstress aushalten. Sie trocknen zwar aus, können dann aber bei entsprechender Luft- und Umgebungsfeuchtigkeit wieder ohne Probleme weiterleben“, beschreibt der Botaniker. Im Rahmen verschiedener Austrocknungsversuche hat er gemeinsam mit seinem Team untersucht, was in den Zellen der Algen unter Austrocknung passiert. Dabei gelang es Holzinger auch erstmals, die Veränderungen im Transkriptom, also der Summe aller von DNA in RNA umgeschriebenen Gene, unter Austrocknungsstress in streptophytischen Grünalgen darzustellen. „Aufgrund unserer physiologischen Untersuchungen können wir genau sagen, wann die Zellen unter Austrocknung quasi abschalten“, beschreibt Holzinger. „Dieses kontrollierte Abschalten ist wahrscheinlich auch der Grund dafür, dass die Algen die Austrocknung überleben können.“
Überlebensstrategien
Bereits die phylogenetisch basalere Grünalgen-Art Klebsormidium cernulatum zeigte bei den Transkriptomanalysen landpflanzenartige Reaktionen auf starken Austrocknungsstress: „Die Art aktiviert beispielsweise antioxidative Schutzmechanismen und bildet osmotische Substanzen“, erklärt Holzinger. „Die phylogenetisch abgeleitetere Grünalgen-Gattung Zygnema sp. zeigte eine andere Strategie: Diese Art lagert unter Austrocknungsstress Fette ein, deren Fettsäurezusammenstzung untersucht wurde, wobei die Fetteinlagerung allein noch nicht die Austrocknungstoleranz erklärt“, so Holzinger. Der Botaniker geht bei dieser Fettanreicherung von einem Abhärtungsvorgang aus. „Diese Abhärtung hat auch mit der Entwicklung der Algen über den Jahresgang zu tun. Im Frühjahr bei Schneeschmelze sind die Algen sehr teilungsaktiv – würde man sie zu dieser Zeit austrocknen, würden sie es nicht überleben“, erklärt er. „Erst im Lauf des Jahres bilden sie diverse Stoffe, verändern ihre Zellwände und machen verschiedene Modifizierungen durch, um dann gegen Herbst hin sehr austrocknungstolerant zu werden und so den Winter überleben zu können.“
Standortanpassung
Eine weitere Überlebensstrategie der Grünalge Zygogonium ericetorum, die der Botaniker Andreas Holzinger im Rahmen seines Projektes untersucht hat, ist die Fähigkeit Eisen- oder Aluminiumverbindungen einzulagern. „An manchen Standorten sind die eigentlich grünen Algen fast lila. Unsere Untersuchungen zeigten, dass dies daher kommt, dass sie Eisen aus standortnahen Quellen einlagern“, erklärt Holzinger, betont allerdings, dass die Einlagerung von Eisen keine Strategie gegen die Austrocknung ist. „Die Algen können mit diesen eigentlich sehr toxischen Bedingungen umgehen und haben so den Vorteil, dass diese Verbindungen als UV-Schutz dienen können.“ Parallel zu diesen Untersuchungen analysierte Holzinger auch chlorophytische Algen aus der Spritzwasserzone des Meeres: „Auch diese Arten haben sich perfekt an ihren Standort angepasst und halten Trockenstress sehr gut aus. Phylogenetisch sind sie wesentlich ursprünglicher als die streptophytischen Grünalgen. Sie brauchen Salzwasser, zum Überleben und können in der Gezeitenzone mit Trockenstress umgehen; mit den Landpflanzen sind diese Arten allerdings nicht direkt verwandt.“
Faszination Alge
Auch nach Beendigung dieses FWF-Projektes bleiben die Grünalgen im Fokus von Andreas Holzinger. In einem weiteren vom Forschungsfonds finanzierten Projekt will er die Kolonialisation von Land durch Grünalgen untersuchen: „Die streptophytischen Grünalgen sind der direkte Vorläufer von Landpflanzen. Mich faszinieren diese Überlebenskünstler, die allen Widrigkeiten trotzen, weshalb ich noch weitere Untersuchungen zu ihrem Umgang mit verschiedenen Stressoren wie erhöhter UV-Belastung und Kälte durchführen möchte.“