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Die Aluminiumbäume von Sulawesi

Die Bäume der Gattung Symplocos im indonesischen Bergregenwald lagern so viel Aluminium aus dem Boden in ihren Blättern ein, dass man damit Textilien beizen kann. Ein Forschungsprojekt der Universität Ulm hilft, die traditionellen Färbemethoden der einheimischen Weberinnen zu erhalten, die seltenen Bäume zu schützen und das Wissen über Aluminium akkumulierende Pflanzen zu vertiefen.

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Eine Sonde im molecularbiologischen Sinn ist ein Stück markierte RNA oder DNA, die mit einer gesuchten Sequenz binden (hybridisieren) kann.
  • Die Neurologie ist ein Teilgebiet der Medizin und befasst sich mit den Erkrankungen des Nervensystems.
  • Physiologie ist die Lehre von den biochemischen und physikalischen Vorgängen in Zellen, Geweben und Organen der Lebewesen.
  • Die Alzheimer-Krankheit (auch Morbus Alzheimer genannt) ist eine langsam fortschreitende Demenz-Erkrankung, die sich in einer immer stärkeren Abnahme der Hirnfunktionen äußert. Sie tritt vor allem im Alter auf. Die Hauptursache von Alzheimer sind intrazelluläre Ablagerungen eines Fragments des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP), wodurch es zu einem zunehmenden Verlust von Nervenzellen und damit der Gehirnmasse kommt. Die Betroffenen zeigen anfangs nur eine geringfügigen Vergesslichkeit. In späteren Stadien sind vor allem die Sprache, das Denkvermögen und das Gedächtnis beeinträchtigt. Im Endstadium der Krankheit kommt es schließlich zu einem vollständigen Verlust des Verstandes sowie der Persönlichkeit der betroffenen Personen.
  • In einem pharmokologischen Zusammenhang ist mit Disposition die Wirkstoffverteilung im menschlichen Körper gemeint.
In indonesischen Bergregenwäldern wachsen „Aluminiumbäume“, mit deren Rinde und Blättern Weberinnen Textilien beizen. © Marco Schmitt / Universität Ulm

Moose und Farne überwuchern die Bäume im Bergregenwald der indonesischen Insel Sulawesi. Kannenpflanzen und Orchideen gedeihen umschwärmt von wilden Honigbienen. Dazwischen wachsen Bäume der Gattung Symplocos. „Arbor aluminosa“, Aluminiumbaum, nannte bereits ihr Entdecker Georg Eberhard Rumpf im 17. Jahrhundert die acht bis fünzehn Meter hohen, eher unscheinbaren Gewächse, die in rund 250 Arten vor allem in tropischen Gefilden vorkommen. In Indonesien sind sie stark gefährdet, auch weil ihre Blätter seit Jahrhunderten von den Einheimischen als Beizmittel beim Färben von Textilien genutzt werden. Die pflanzliche Beize sorgt dafür, dass die Farbe stärker auf der Baumwolle haftet und intensiv leuchtet. Um an die aluminiumhaltigen Blätter zu gelangen, wurden die Bäume lange Zeit einfach gefällt.

Abenteuer Forschung

Wissenschaftler um Marco Schmitt (zweite Reihe Mitte) und den damaligen Masterstudenten Sven Boras (hinten) forschten als erste Gruppe der Universität Ulm in Indonesien. Bei der Feldarbeit wurden sie von einheimischen Helfern unterstützt, u.a. vom indonesischen Botaniker Firdaus Daeng Mattata (vorne Mitte). © Marco Schmitt / Universität Ulm

Marco Schmitt hat vier Monate in Indonesien verbracht, um Proben für die chemische Untersuchung von drei Symplocos-Arten zu sammeln. Der Biologe und Chemiker arbeitet als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Systematische Botanik und Ökologie der Universität Ulm. Der Weg zu den Aluminiumbäumen in Zentral-Sulawesi ist beschwerlich. Von der Provinzhauptstadt Palu bis in den 100 Kilometer entfernten Nationalpark Lore Lindu, wo Schmitt durch einen Hinweis von Göttinger Kollegen von Symplocos-Vorkommen weiß, steigt das Gelände auf 1.500 bis 3.000 Meter Meereshöhe an. Bei den Straßenverhältnissen können 100 Kilometer schnell zu einer Tagesreise werden. Und wo es mit dem Wagen nicht weitergeht, steht ein fünfstündiger Fußmarsch durch den Wald auf dem Programm.

Mit dabei sind einheimische Träger, der Botaniker Firdaus Daeng Mattata von der Tadulako-Universität in Palu, der Master-Student Sven Boras aus Ulm und ein Koch, der im Dschungelcamp für das leibliche Wohl sorgt und nebenbei die Löcher für die Entnahme von Bodenproben schaufelt. Übernachtet wird in den mitgebrachten Zelten, die gegen die Nässe von oben und unten mit Planen zusätzlich abgesichert werden. „Anfangs waren wir nicht sicher, wie wir die frischen Blätter am besten aus den Baumkronen kriegen, aber Firdaus hat uns dann eine Technik gezeigt, bei der ein Sägeblatt in ein Seil geknotet wird, das Seil auf den Baum geworfen und damit ein Ast aus dem Kronenbereich gesägt wird“, erzählt Schmitt von den logistischen Herausforderungen beim Probensammeln.

Der Biologe Marco Schmitt untersucht die Rinde eines Aluminiumbaumes. © Marco Schmitt / Universität Ulm

Aus dem Dschungelcamp haben Marco Schmitt und Sven Boras über 1.000 Proben von drei Symplocos-Arten und drei weiteren Urwaldbäumen mit nach Ulm gebracht. Im Labor wurden diese Proben analysiert. Die Blätter der Alumiumbäume enthielten im Schnitt zwischen 7.000 und 24.000 mg/kg Aluminium – eine Probe von gefallenem Laub der Art Symplocos odoratissima sogar 49.100 mg/kg, während in Rinde und Holz durchgehend deutlich weniger Aluminium gemessen wurde. Mit ihren Untersuchungen konnten die Forscher gleich zwei Vermutungen wissenschaftlich bestätigen: Erstens lagern die untersuchten Symplocos-Arten tatsächlich große Mengen Aluminium im Pflanzengewebe ein und zweitens findet man die höchsten Konzentrationen in den alten, abgefallenen Blättern. Letzteres ist das beste Argument, die Bäume nicht mehr zu fällen. Wie die Organisation YPBB, die den rund 13.000 Weberinnen hilft, ihre Produkte zu fairen Bedingungen zu verkaufen, berichtet, hat sich die nachhaltige Ernte des Laubs inzwischen durchgesetzt.

Die Aluminium-Strategien der Pflanzen

Genauso wie die als wichtige Spurenelemente bekannten Elemente Eisen, Magnesium oder Kalium kommt Aluminium überall im Boden vor. Es ist sogar das häufigste Metall in der Erdkruste. „Aluminium ist allgegenwärtig und bindet praktisch an alles. Wahrscheinlich kann es deswegen von kaum einem Lebewesen für den Stoffwechsel genutzt werden“, erläutert Schmitt die chemischen Besonderheiten des Aluminiums. In saurem Milieu des Regenwaldbodens wird es besonders leicht verfügbar, weil der niedrige pH-Wert das Aluminium aus seiner kristallinen Struktur in lösliche Form bringt – und die kann über die Wurzeln in die Pflanze gelangen. Auf nicht angepasste Pflanzen, zu denen die meisten Getreide, Reis und Gemüse gehören, wirkt ein hoher Aluminiumgehalt giftig. Insbesondere das Wurzelwachstum wird durch die Alu-Ionen stark eingeschränkt. Die Giftigkeit von Aluminium gilt als eines der wichtigsten Hindernisse der landwirtschaftlichen Produktion auf sauren Böden, speziell in den Tropen (Quelle: Al-ex Institut).

Doch die auf saure Böden spezialisierten Pflanzen haben im Laufe der Evolution zwei Strategien entwickelt damit umzugehen. Die „Alu-Blocker“ tun das Naheliegende und wehren die Aluminium-Ionen bereits auf der Wurzelebene ab. Die „Akkumulatoren“ wie die Symplocos-Arten hingegen transportieren das Aluminium über die Wurzel und die Pflanzensäfte in Rinde und Blätter, wo es in den Zellwänden abgelagert und damit unschädlich gemacht wird. So teilt sich die Pflanzenwelt beim Umgang mit Aluminium in zwei Lager. Die Grenze haben die Biologen bei 1.000 Milligramm pro Kilogramm Trockenmasse festgesetzt. Lagert eine Pflanze mehr als 1.000 mg/kg ein, gehört sie zu den Akkumulatoren. Alu-Blocker bewegen sich normalerweise im Bereich von etwa 200 mg/kg in den oberirdischen Pflanzenteilen.

Auch wenn Aluminium inzwischen in Verruf geraten ist, weil es im Verdacht steht Alzheimer und andere neurologische Krankheiten auszulösen, ist es nicht per se giftig. Die Teepflanze etwa gehört auch zu den Akkumulatoren, die bei hohen Al-Konzentrationen sogar besser gedeiht, was möglicherweise mit einer dann verbesserten Phosphor-Aufnahme zusammenhängt (Jansen et al. 2004). Insgesamt gibt es aber noch einen großen Forschungsbedarf bei den Aluminium akkumulierenden Pflanzen, wie die Forscher aus Ulm und Japan in ihrer aktuellen Veröffentlichung im Wissenschaftsjournal PLOS ONE  (Schmitt et al. 2016) schreiben.

Nutzen für die Landwirtschaft

Frisch gefärbte Baumwolle 
hängt zum Trocknen über einer Bambusstange im „Färbelabor“ der indonesischen NGO „Threads of Life“ (Ubud, Bali, Indonesien). © Marco Schmitt / Universität Ulm

Neben dem Schutz der Bäume und der Erhaltung der lokalen handwerklichen Färbetechnik birgt die Erforschung der Aluminiumbäume einen Nutzen für die Landwirtschaft. „Wichtige landwirtschaftliche Nutzpflanzen wie Reis und viele Getreide gehören zu den Alu-Blockern. Wenn wir die Physiologie der Alu-Akkumulatoren besser verstehen, könnte das helfen, diese Nutzpflanzen resistenter gegen einen hohen Aluminiumgehalt im Boden zu machen“, sagt Professor Steven Jansen, Leiter des vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg finanziell geförderten Forschungsprojektes an der Universität Ulm. So könnten die Aluminiumbäume von Sulawesi einen Beitrag leisten, zukünftig die Nahrungsmittelerträge in den Tropen zu steigern.

Literatur:

Al-ex Institut zur Wissensvermittlung im Umgang mit Aluminium

Jansen, S. et al. (2004) The Distribution and Phylogeny of Aluminium Accumulating Plants in the Ericales, Plant Biology 6: 498 - 505

Schmitt M, Boras S, Tjoa A, Watanabe T, Jansen S (2016) Aluminium Accumulation and Intra-Tree Distribution Patterns in Three Arbor aluminosa (Symplocos) Species from Central Sulawesi. PLOS ONE 11(2): e0149078. doi:10.1371/journal.pone.0149078

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