Hochauflösendes Analyseverfahren liefert wichtige Daten zur Untersuchung der Flechtensymbiose

Flechten sind komplexe Lebensgemeinschaften aus Pilz und Alge. Wie beide Partner auf mikroskopischer Ebene miteinander in Kontakt stehen, war bisher nur unvollständig sichtbar. Dr. Andreas Beck und Wissenschaftler der Hochschule Aalen haben nun mithilfe hochauflösender Analyseverfahren erstmals einen dreidimensionalen Blick auf diese verborgene Schnittstelle ermöglicht. Dabei steuerte Tim Schubert vom Institut für Materialforschung (IMFAA) der Hochschule Aalen materialmikroskopische Analysen und wichtige Messdaten bei. Prof. Dr. Christian Bayer übernahm die statistische Auswertung und 3D-Modellierung.

In dieser engen Symbiose stellt die Alge über Photosynthese energiereiche Stoffe bereit, während der Pilz unter anderem Schutz vor äußeren Einflüssen bietet. Für das physiologische Zusammenspiel und den Stoffaustausch ist der unmittelbare physiologische Kontakt an der Interaktionszone entscheidend.

Materialwissenschaftliche Analytik an biologischen Proben

Untersuchungsobjekt war die gewöhnliche Wand-Gelbflechte (Xanthoria parietina). Bislang war bekannt, dass Pilz und Alge über ihre Zellwände in Kontakt stehen; unklar blieb jedoch, wie sich die Zellwandmorphologie und -zusammensetzung in diesen Kontaktzonen von anderen Bereichen unterscheidet. Zur Klärung kamen am IMFAA spezialisierte materialwissenschaftliche Analyseverfahren zum Einsatz. Tim Schubert übertrug die etablierten Methoden der Materialmikroskopie auf die biologische Probe und präparierte mittels fokussiertem Ionenstrahl (FIB) exakt definierte Querschnitte.

„Beim FIB wird mit einem Gallium-Ionen-Strahl Material gezielt abgetragen, um einen definierten Querschnitt der Probe freizulegen, ohne diese zu beschädigen“, erklärt Schubert. „So hatten wir den perfekten Blick auf die Zellwände von Pilz und Alge genau dort, wo sie sich berühren.“ Anschließend kam die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) zum Einsatz, um die elementare Zusammensetzung in diesen Arealen lokal abzubilden. „Auf diese Weise konnten wir die Zusammensetzung der Zellwände an den Kontaktstellen mit anderen Regionen der Flechte vergleichen“, so Schubert.

3D-Rekonstruktion und Charakterisierung der Kontaktzone

Die materialwissenschaftlichen Messdaten ergänzten die räumlichen Untersuchungen der Kontaktzone und lieferten neue Erkenntnisse zur Funktionsweise der Zellwände. Zur dreidimensionalen Visualisierung wurden alle Datensätze zusammengeführt und mittels Nano-Computertomographie am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) tomographisch rekonstruiert. „Unsere statistischen Analysen und Modelle zeigen erstmals ganz genau, wie sich die Zellwände von Pilz und Alge direkt an der Kontaktstelle verändern“, freut sich Prof. Dr. Christian Bayer.

Solche Details waren mit genetischen Analysen bisher nicht erfassbar. Für Dr. Andreas Beck sind die 3D-Modelle der Interaktionszone besonders spannend, weil sie helfen, die grundlegenden Prozesse bei der Entstehung von Flechten besser zu verstehen.

Unterstützt wurde das Forscherteam dabei von der Carl Zeiss Microscopy Deutschland GmbH. „Im Namen aller Projektpartner möchte ich mich hierfür ganz herzlich bedanken, insbesondere bei Dr. Alexander Thesen und Anke Dutschke sowie bei Dr. Rafaela Debastiani von der Karlsruhe Nano Micro Facility am KIT. Ohne diese tolle Zusammenarbeit wäre das Projekt in dieser Form nicht möglich gewesen“, sagt Prof. Dr. Christian Bayer.

Quelle

Hochschule Aalen (09/2026)