Pflanzen spenden Licht

US-Forscher können Pflanzen so stark zum Leuchten bringen, dass man an ihrer Seite ein Buch lesen kann – Glühwürmchen machen es vor. Dies gelang durch den Einbau von speziellen Nanopartikeln. Die Pflanzen sollen Lampen ablösen oder Straßenzüge beleuchten.

Von unserer Korrespondentin Elke Bunge

Bäume, die auf den Straßen Laternen ersetzen, oder Büros, in denen Pflanzen den Arbeitsplatz erhellen, sind eine utopische Vorstellung. Zimmerpflanzen würden dann keine Dekoration mehr sein, sondern Teil der notwendigen Einrichtung werden. Alleen hätten nicht nur einen Schönheitswert, sondern wären hilfreiche Lichtspender der Wege.

Um diese Ideen zu realisieren, arbeitet das Team um den Professor für chemische Technik Michael Strano vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in seinen Laboren auf dem von ihm entwickelten neuen Forschungsgebiet der sogenannten Pflanzen-Nanobionik. Dieses neuartige Forschungsgebiet beschäftigt sich mit dem gezielten Einbau von Nanopartikeln in Pflanzen, um ihnen dann neue Eigenschaften hinzuzufügen.

Bei den Glühwürmchen abgeschaut

„Unsere Vision ist es, eine Pflanze zu entwickeln, die die Funktion einer Schreibtischlampe übernimmt. Sie erzeugt Licht allein durch die Energie, die beim Stoffwechsel der Pflanze erzeugt wird“, so Strano. Um dies zu realisieren, haben die Wissenschaftler der Echten Brunnenkresse den gleichen biologischen Mechanismus implantiert, der auch einem Glühwürmchen zum Leuchten verhilft. Dafür verwenden sie ein Enzym namens Luciferase.

Dieses Protein verändert den in biolumineszenten Organismen vorkommenden Stoff Luciferin so, dass er in der Lage ist, Licht zu emittieren. Ein weiteres Enzym mit der einfachen Bezeichnung „A“ kann das Licht wieder ausschalten, indem es die Aktivität der Luciferase stoppt. Wie bei den Lampen eines Hauses oder den Straßenlaternen eines Stadtboulevards besteht das System aus einer biologischen Glühbirne, dem Luciferin, einem Einschalter, der Luciferase und einem Ausschalter mit dem Begriff „A“. Um diese drei Komponenten in die Pflanze einzubringen, nutzte das Team unterschiedlich große Nanopartikel, die jedes Molekül an seinen dafür vorgesehenen Platz transportieren. Die Forscher veröffentlichten ihre Studienergebnisse jüngst in der Fachzeitschrift „Nano Letters“.

Energiestoffwechsel macht es möglich

Im Moment haben es die Forscher des MIT geschafft, die Blätter für knappe vier Stunden zum Leuchten zu bringen, hell genug, um dabei ein Buch zu lesen. Begonnen haben sie ihre Experimente mit 45 Minuten. Die Forscher sind jedoch überzeugt, dass sich das Leben dieser besonderen Lichter noch deutlich verlängern lässt. „Pflanzen sind die perfekten langleuchtenden Lampen, weil sie einen dafür ausreichenden Energiestoffwechsel haben“, so Strano.

Nanobionik hat vielfältige Ziele

Das Gebiet der Pflanzen-Nanobionik hat es sich zur Aufgabe gemacht, Pflanzen, die mit speziellen Nanopartikeln versehen werden, neue Befähigungen zu ermöglichen. Erst kürzlich gelang es der Forschergruppe, Sensoren zu entwickeln, die auf Pflanzenblätter gedruckt werden können. Diese elektronischen Schaltungen senden einen Alarm, wenn eine Pflanze unter Dürrebedingungen leidet. Eine Technologie, die in der Landwirtschaft eine frühe Warnung geben könnte, wenn der Ernte eine Gefahr droht. Dies könnte eine wichtige Entwicklung in Zeiten des Klimawandels werden.

Eine ganz andere Entwicklung ist eine nanotechnologisch veränderte Spinatpflanze, die Sprengstoff erkennen kann und diese Information drahtlos an ein Smartphone weiterleiten kann. „Das große Ziel der Nanobionik ist es, Pflanzen mit Nanopartikeln zu versehen, um ihr dann ganz neue sinnvolle Aufgaben zukommen zu lassen“, sagt Strano.

Zur Autorin: Die Physikochemikerin Elke Bunge promovierte in Berlin als Schering Stipendiatin auf dem Gebiet der Nano- und Wafertechnologie. Seit 2008 publiziert sie als Autorin im Wissenschafts-, Technik- und Umweltjournalismus.