:: Wissenschaft aktuell: Pflanzenphysiologin Ilse Kranner im Interview

10/10/2016 von / 0 Kommentare
Titelbild: Botanischer Garten des Institutes für Botanik der Universität Innsbruck. Quelle: Gregor Pichler.

Abb.1: Ilse Kranner

Ilse Kranner ist Spezialistin für Pflanzenphysiologie an der Universität Innsbruck und leitet dort die Forschungsgruppe „Biochemie und Stoffwechselphysiologie der Pflanzen“. Nachdem Sie in Graz studierte und promovierte, arbeitete sie im Zuge eines APART Habilitationsstipendiums der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in den Labors ihrer Kooperationspartner in Japan, USA, Indien und Südafrika sowie in Graz. Von 2002-2012 arbeitete sie an den Königlichen Botanischen Gärten von Kew und konnte sich durch ihre herausragenden wissenschaftlichen Arbeiten international einen Namen machen.

Frau Professor Kranner, schildern Sie uns bitte kurz in welchen Aufgabenbereichen Sie an der Universität Innsbruck tätig sind und an welchen wissenschaftlichen Projekten Sie derzeit forschen?

Gerne – ich leite am Institut für Botanik in Innsbruck die Abteilung „Funktionelle Pflanzenbiologie”. Diese besteht aus einer Wissenschaftsgruppe, die sich sehr stark mit der Stressphysiologie von Pflanzen beschäftigt. Zurzeit arbeite ich unter anderem an einem Projekt namens „EcoSeed“. Das ist ein von mir koordiniertes, im 7. Rahmenprogramm der EU gefördertes Projekt mit einer Förderung im drei Millionen Euro Bereich. Wir erforschen in diesem Projekt den Einfluss des Klimawandels auf unsere Kulturpflanzen, im Speziellen, wie sich zum Beispiel erhöhte Trockenheit oder Temperatur, die auf Mutterpflanzen einwirken, letztendlich auf die Samenqualität, Lagerfähigkeit sowie Keimfähigkeit des Saatguts auswirken.

Ein weiteres, ebenfalls von der EU gefördertes Marie-Curie Projekt, nennt sich „Melissa”, bei welchem wir nicht-invasive und invasive Methoden vergleichen. Die Fragestellung ist, weshalb Samen beziehungsweise Flechten ihre Langlebigkeit während der Lagerung verlieren und letztendlich sterben. Viele Samen sind nämlich durchaus relativ lange lagerungsfähig. Dies ist vor allem von der Temperatur und Luftfeuchtigkeit abhängig. Als Faustregel für die sogenannten orthodoxen Samen, das sind jene Samen, die Austrocknung bis auf wenige Prozent Wassergehalt überleben, gilt: Wenn man den Wassergehalt um ein Prozent verringert, verdoppelt sich gleichzeitig die Lebensfähigkeit, beziehungsweise auch wenn man die Temperatur während der Lagerung um 5°C verringert, verdoppelt sich wiederum die Lebensspanne.
Mit anderen Worten, je kühler und trockener man solche Samen aufbewahrt, desto langlebiger sind diese. Nichtsdestotrotz gehen alle Samen letztendlich zu Grunde. Weltweit sind viele Pflanzenarten vom Aussterben bedroht und deshalb gibt es mittlerweile globale Bestrebungen in Form von großen Naturschutzprojekten, um die Biodiversität von Pflanzen in Form von Samen zu erhalten.
Selber habe ich ja etwa zehn Jahre in England für die „Royal Botanic Gardens, Kew“ gearbeitet, wo südlich von London in der „Millennium Seed Bank“ bis jetzt die Samen von zirka zehn Prozent der Weltflora gesammelt wurden. Man geht davon aus, dass zirka 300 000 bis 400 000 Gymno- und Angiospermen-Arten auf der Erde vorhanden sind, das heißt es sind bereits weit über 30 000 Pflanzenarten in Form von Samen dort konserviert. Dadurch entstehen Fragen über die Lagerungsdauer sowie über die Möglichkeit, Vorhersagen zu treffen und Verbesserungen hinsichtlich der Lagerung treffen zu können, die natürlich auch für die Saatgutindustrie und die Landwirtschaft relevant sind. Es besteht dadurch auch eine Verbindung zu meiner derzeitigen Forschung im Zusammenhang mit dem Projekt „EcoSeed“, welches sowohl für den Naturschutz als auch für die Landwirtschaft relevant ist.

Abb.2: Haupteingang des Institutes für Botanik der Universität Innsbruck. Quelle: Gregor Pichler


Zusätzlich arbeiten wir über ein Flechten-Projekt mit der Universität Triest zusammen. Dabei wird die Austrocknungstoleranz dieser Organismen erforscht. Im Speziellen untersuchen wir, bei welchem Wassergehalt bestimmte Stressreaktionen zu beobachten sind. Wenn nämlich eine Pflanzenzelle austrocknet, geht ihr Zytoplasma in einen sogenannten Glaszustand über. Dabei handelt es sich um ein extrem zähflüssiges „Glas“ mit den viskosen Eigenschaften eines Festkörpers. Nichtsdestotrotz beschreibt es einen flüssigen Zustand, welcher auch bei austrocknenden Lösungen (z.B. Proteinlösungen) beobachtet werden kann. Wenn man eine austrocknungstolerante Zelle vor sich hat, überlebt sie diesen Zustand und kann auch diese sogenannte „Vitrifikation“ ausnützen. Denn dieses „Glas“ füllt nicht nur die Zelle aus, damit diese nicht kollabiert, sondern verringert auch die Geschwindigkeit von chemischen Reaktionen sowie von Verschiebungen des pH-Werts oder von Ionenkonzentrationen. Bei Zugabe von Wasser geht das Zytoplasma erst in einen sogenannten „rubbery state“ über – also einen „gummiartigen“ Zustand, gefolgt von einem Gelzustand – und letztendlich wird der flüssige Zustand wiederhergestellt. Die Zelle einer austrocknungstoleranten Pflanze oder Flechte ist somit wieder voll intakt. Wir interessierten uns dafür, in welchem Zustand zum Beispiel enzymatische Reaktionen wieder möglich sind. Genauer gesagt gibt es dabei sogenannte Gamma-, Beta- und Alpha-Relaxationen: erst fangen die Seitengruppen von Molekülen an sich zu bewegen, dann die Hauptketten. Diese Bewegungen sind im Rubbery-Zustand schon möglich und wir haben nachgewiesen, dass es schon zu enzymatische Reaktionen kommen kann. Die Fragen, wie einige wenige Pflanzen im Glaszustand überhaupt überleben können, und wann und warum die meisten absterben, wären hierbei zu klären. Aber auch die langlebigsten orthodoxen Samen sterben während der Lagerung irgendwann, und es ist rätselhaft, welche Reaktionen zum Absterben führen, da im Glaszustand alle Moleküle wie eingefroren und unbeweglich sind. Das Absterben der Zellen könnte durch „zufällige“ Schädigungen von Molekülen durch reaktive Sauerstoff-Spezies bewirkt werden, und ab einem gewissen Wassergehalt könnte auch programmierter Zelltod einsetzen.

Ein weiteres Projekt stellt eine Doktorarbeit dar, die sich mit der Evolution über den Landgang der Pflanzen beschäftigt. Man weiß, dass die Erde vor zirka 600 Millionen Jahren komplett von Schnee und Eis bedeckt war, auch bekannt als „Snowball Earth“. Heutzutage wird angenommen, dass streptophytische Algen es geschafft haben, über Schnee und Eis das Land zu erobern. Aufgrund phylogenetischer Untersuchungen weiß man, dass sich aus dieser Organismengruppe anschließend die Landpflanzen entwickelt haben. Wir untersuchen, ob es biochemische Voraussetzungen dafür gibt, die ein bestimmte Gruppe zum Landgang prädestiniert haben.

Sie haben selbst in Graz Biochemie und Botanik studiert sowie auch promoviert. Danach wagten Sie den Schritt ins Ausland – Wie wichtig war dieser Schritt für Sie beruflich?

Ja, das war extrem wichtig! Ich finde im Ausland zu leben und zu arbeiten unglaublich bereichernd und kann es auch grundsätzlich jedem Menschen empfehlen. Denn ich glaube, wenn jeder von uns zwei, drei Jahre im Ausland verbringen würde, gäbe es weitaus weniger Rassismus und viel mehr Verständnis für „fremde“ Menschen. Zusätzlich ist der Zugang zu anderen Kulturen sowie unterschiedliche Arbeitstechniken und noch vieles mehr, ungemein bereichernd. Außerdem habe ich große Freude daran, auch in anderen Ländern Freunde haben zu können.

Mein Vater hat neben seinem Schreibtisch an der Wand ein Schild mit dem Spruch: „Mögen täten wir schon wollen, aber dürfen haben wir uns nicht getraut.“ hängen. Können Sie diesbezüglich jungen WissenschafterInnen den Weg ins Ausland empfehlen?

Ja, unbedingt! Diesen Schritt würde ich jedem/r jungen WissenschafterIn nahelegen. Heutzutage gibt es ja viele Möglichkeiten, zum Beispiel Erasmus oder ähnliche Programme, die Auslandsaufenthalte für Studierende ermöglichen. Die Möglichkeit, schon im Studium ein Auslandssemester zu machen, kann ich sicherlich wärmstens empfehlen. Zu lernen, wie man in anderen Ländern lebt, ist eine Erfahrung fürs Leben. Es bildet die Persönlichkeit weiter, zu lernen sich in anderen Ländern anzupassen und tut einfach nur gut. Besonders junge Naturwissenschaftler und Naturwissenschaftlerinnen sollten sich meiner Meinung nach möglichst viel Erfahrung in anderen Bereichen, Ländern und Arbeitstechniken aneignen, was garantiert hilfreich für alle späteren Stellenbewerbungen ist.

Welche Qualitäten braucht Ihrer Meinung nach ein/e Pflanzenphysiologe/in auf alle Fälle? Was wären die grundlegendsten Sachen?

Ich glaube, in erster Linie ist, wie in jedem anderen Bereich auch, die Liebe und das Feuer für das eigene Fach äußerst wichtig. Deshalb muss man natürlich Pflanzen mögen und diese auch verstehen wollen. Wie in jeder Wissenschaft darf die Neugier, Neues entdecken zu wollen, nicht fehlen. Ich würde das aber nicht nur auf die Pflanzenphysiologie begrenzen und bin davon überzeugt, dass jedes Fach hochinteressant ist, wenn man sich einarbeitet und ein tieferes Verständnis entwickelt.
Speziell in der Pflanzenphysiologie ist natürlich eine gute Kenntnis der Biochemie und der Molekularbiologie von großer Wichtigkeit. Auch ein gutes Verständnis des pflanzlichen Stoffwechsels, der biochemischen Grundlagen, Chemie, Physik, sowie Mathematik, sollten keine Gräuel sein. Man muss sich aber auch darüber klar sein, dass man niemals alles wissen und alles können kann – wichtig ist, für neue Erkenntnisse offen zu sein und bereit zu sein, ein ganzes Leben lang dazuzulernen.

Biologen suchen im Vergleich zu anderen Berufssparten eher länger, um eine geeignete Arbeitsstelle zu finden. Wie lange haben Sie selbst suchen müssen beziehungsweise was würden Sie arbeitssuchenden BiologInnen gerne raten?

Meiner Meinung nach sollte man das machen, wo es einen am ehesten hinzieht. Wenn man tatsächlich eine Passion für die Wissenschaft hat, dann muss man dabeibleiben und gewisse Durststrecken überdauern können. Das muss jeder, denn es geht meist nicht anders, außer man hat sehr viel Glück. Deshalb muss man in der Wissenschaft auch die Fähigkeit besitzen, über eine gewisse Strecke lang dranzubleiben, auch wenn man arbeitslos ist – das war ich auch. Im Grunde braucht man Geduld und Durchhaltevermögen. Aber ich würde nicht sagen, dass die Wissenschaft das Ein und Alles ist, für mich selbst schon, aber das muss nicht für jeden/e Biologen/in so sein. Denn es gibt genauso andere Sparten der Biologie, die ebenso interessant sind und die einen gut erfüllen können. Es ist sehr wichtig, offen zu bleiben und einfach mal zu schauen, was überhaupt am Arbeitsmarkt vorhanden ist. Denn das kann man als Biologe/in nicht vorher wissen und es ist auch nicht möglich vorherzusagen, wo man landen wird. Die von mir betreuten Master- und PhD-StudentInnen haben eigentlich alle sehr interessante Stellen bekommen, wenige davon in Universitäten, manche im Bereich des Naturschutzes und einige in der Industrie. Grundsätzlich muss aber natürlich jeder für sich selbst entscheiden, wo die eigenen Prioritäten liegen und die Lebensplanung dementsprechend ausrichten.

Zurück zur Kindheit: Hat sich Ihr starkes Interesse an der Biologie schon früh als Kind oder erst später entwickelt? Was war der Auslöser?

Ja, mein biologisches Interesse war schon sehr früh vorhanden und ist grundsätzlich stark von meinem Elternhaus geprägt worden. Mein Vater hat mich oft in die Natur hinaus mitgenommen, mir Spuren von Hase, Fuchs, Hund und vieles mehr gezeigt und erklärt wie man sie unterscheidet. In der Volksschule habe ich einen Aufsatz geschrieben und verlauten lassen, dass ich einmal „Tierforscherin“ werden möchte. Es sind jetzt zwar Pflanzen daraus geworden, aber dass ich Biologie weiterverfolgen möchte, war mir seit der Volksschule weg immer schon klar. Zwischendurch habe ich eine Zeitlang mit Veterinärmedizin geliebäugelt. Die Pflanzen selber lernte ich am Anfang über die Pflanzenanatomie schätzen. Es sind für mich ästhetische, ruhige und schöne Lebewesen, aber vergessen wir hier nicht, dass das Leben auf der Erde, so wie wir es heute kennen, auf Pflanzen beruht. Jedes Kohlenstoffatom in ihrem Körper ist mindestens einmal durch die RuBisCO gewandert! All der Kohlenstoff in tierischen und menschlichen Körpern, im Holz des Tisches, an dem wir sitzen, im Kaffee, den wir trinken et cetera, ist durch die photosynthetische Fixierung von Kohlendioxid aus der Luft über die Pflanzen in uns hineingewandert. Aber auch der Sauerstoff, den wir atmen. Das sind alles faszinierend grundlegende Prozesse, die ich genauer verstehen wollte. Ich habe zwar weiterhin großes Interesse an der Tierwelt und ich konnte auch schon wissenschaftlich mit Bienen arbeiten [PDF] und einmal auch mit Hamstern [PDF], jedoch haben mich die Pflanzen irgendwann so fasziniert und gefangen, dass sie zu meinem beruflichen Lebensmittelpunkt wurden, und diese Faszination hat nie nachgelassen.

Was war für Sie der größte AHA-Effekt in Ihrer wissenschaftlichen Laufbahn?

Ich arbeitete gerade an dem Tripeptid Glutathion, ein wichtiges Antioxidans, und wollte verstehen, wie dieses Molekül synthetisiert und abgebaut wird. Zwei Glutathion-Moleküle können unter Ausbildung einer Disulfidbrücke in ein Molekül Glutathion-Disulfid umgewandelt werden. Es gibt auch Protein-gebundenes Glutathion, welches SH-Gruppen von Proteinen vor irreversibler intramolekularer Disulfidbildung schützt, welche zur Denaturierung von Proteinen beitragen kann. Während dieser Zeit wachte ich einmal in der Früh auf, nachdem ich vom Glutathion-Stoffwechsel geträumt hatte und zwar in Farben – jede Aminosäure hatte eine andere Farbe. Ich träumte vom Auf- und Abbau dieses Moleküls und von der Ausbildung der Disulfidbrücken, wobei mir beim Aufwachen plötzlich auf einen Schlag klar war, dass es einen Thiol-Disulfid-Zyklus in austrocknungstoleranten Pflanzen geben muss, was ich dann erstmals für Pflanzen im Journal „Botanica Acta“ publizieren konnte [ePDF].

Vielen Dank für das Interview!


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