Stellen Sie sich vor, dass Pflanzen nicht nur unsere Gärten verschönern und unsere Luft reinigen, sondern auch als natürliche Minen für kritische Ressourcen wie Seltene Erden (REEs) fungieren. Diese für moderne Technologien lebenswichtigen Elemente sind rar. Doch Wissenschaftler haben mehrere neue Pflanzenarten mit außergewöhnlicher Fähigkeit entdeckt, REEs aus dem Boden anzureichern. Léo Goudard und Kollegen entdeckten dies, indem sie Tausende von Exemplaren verschiedener Abstammungslinien untersuchten neue REE-reiche Taxa, die die Bioprospektion unterstützen könnten und die Optionen für einen nachhaltigeren Abbau dieser entscheidenden Metalle erweitern.
Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Annals of BotanySie verfolgten einen einzigartigen Ansatz. Anstatt Wälder zu durchkämmen, wandten sich die Forscher dem Herbarium des Muséum national d'Histoire naturelle in Paris zu. Der Letztautor Antony van der Ent erklärte Botanik Eins in einer E-Mail, dass das Herbarium in Paris für ihre Forschung besonders gut geeignet sei. „Das Paris Herbarium verfügt über die größte Sammlung von Pflanzenexemplaren der Welt und wurde vollständig digitalisiert. Wir haben eine langjährige Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern des Paris Herbarium, die diese Forschung unterstützt haben. Die Zusammenarbeit mit Taxonomen ist für die Durchführung dieser Art von Studien zur Pflanzendiversität und Metallomik von entscheidender Bedeutung“, sagte er.
Mithilfe von Röntgenfluoreszenz analysierten sie über 4,000 Pflanzenexemplare aus zwei Farnfamilien und zwei Blütenpflanzenfamilien, die im Herbarium des Museums untergebracht waren. Diese Abstammungslinien wurden auf der Grundlage von Taxa ausgewählt, die bereits nachweislich REEs aufnehmen. Das erste Screening auf das Element Yttrium – das als Indikator für die gesamten REEs verwendet wird – ergab 268 Proben mit Konzentrationen von 49 Mikrogramm pro Gramm aufwärts und 1,424 Mikrogramm pro Gramm.
Nachfolgende Atomemissionsspektroskopie ausgewählter Proben zeigte bemerkenswert hohe Gesamt-REE-Gehalte. Exemplare von Dicranopteris linearis und Blechnopsis orientalis Es wurden Werte von über 6,000 bzw. 4,000 Mikrogramm pro Gramm registriert, was zu den höchsten jemals gemessenen Werten zählt. Die Analyse validierte die Verwendung von Yttrium als Indikator für REEs in Herbarium-Scans.
Einige der Pflanzen, bei denen festgestellt wurde, dass sie „Hyperakkumulatoren“ für Seltenerdelemente sind, befanden sich außerhalb der gut untersuchten Regionen Chinas, die typischerweise als Hotspots für dieses Merkmal gelten. Das Auffinden stark akkumulierender Pflanzen in anderen Teilen der Welt erweitert die bekannte geografische Verbreitung und genetische Vielfalt dieser außergewöhnlichen Fähigkeit im Pflanzenreich erheblich. Es zeigt, dass die Hyperakkumulation seltener Erden möglicherweise weiter verbreitet ist als bisher angenommen.
Die Ergebnisse des RFA-Scans zeigen, dass 147 Exemplare von B. orientalis und 56 Exemplare von D. linearis Y in ihren Blättern bis zu Konzentrationen von 1424 µg g-1 bzw. 697 µg g-1 anreichern. Dicranopteris linearis ist ein Farn, dessen REE-(Hyper-)Akkumulierungsfähigkeiten an Standorten in China bereits umfassend dokumentiert sind, tatsächlich aber polyphyletisch ist und einen Artenkomplex kryptischer Arten darstellt. Diese Studie zeigt, dass einige Exemplare von D. linearis, die mehr als 1000 µg g-1 REEs in ihren Wedeln ansammeln, aus Indonesien und den Philippinen stammen.
Goudard et al. 2024
Aber es gibt noch mehr. Diese Studie identifizierte nicht nur neue Champions; Es validierte die Verwendung von RFA an Herbariumproben zum REE-Nachweis. Dadurch wird eine Schatzkammer vergangener Sammlungen freigelegt, die möglicherweise versteckte REE-reiche Pflanzen aufdeckt, die darauf warten, wiederentdeckt zu werden. Die Forschung steht jedoch vor der Gefahr eines drohenden Verlusts des Lebensraums, was bedeutet, dass die Forschung unter dem Druck einer möglicherweise unbekannten Frist steht.
„Die meisten Hyperakkumulatorpflanzen sind in der Natur äußerst selten und lokal in mineralisierten Aufschlüssen endemisch“, sagt van der Ent. „Angesichts der Tatsache, dass viele Hyperakkumulatoranlagen auf oberflächliche Metallerzlagerstätten beschränkt sind, gibt es faktisch einen Wettlauf zwischen Bergbauunternehmen, die ihren Lebensraum zerstören, und uns, die versuchen, früher dorthin zu gelangen, um sie zu entdecken und Keimplasma zu sammeln. Ironischerweise sind Hyperakkumulatoren und andere metalltolerante Pflanzen („Metallophyten“) bei der Sanierung von Bergbauabfällen von großem Nutzen, doch für die Anwendung müssen sie zuerst gefunden und gerettet werden.“
Das Auffinden dieser Pflanzen stellt eine große Herausforderung dar. „Die natürlichen Lebensräume von Hyperakkumulatorpflanzen sind oft sehr abgelegen und schwer zu erreichen. Für die Forschung in tropischen Umgebungen ist eine intensive Zusammenarbeit mit lokalen Wissenschaftlern unerlässlich. Zu den größten Herausforderungen zählen gefährliche Sicherheitsbedingungen (z. B. in der DR Kongo, die für ihre einzigartigen Kupfer-Kobalt-Metallophyten bekannt ist) und die unüberwindbare Bürokratie für Forschungsgenehmigungen (ein positives Beispiel in dieser Hinsicht ist der Sabah Biodiversity Council in Malaysia, der den gesamten Prozess effektiv verwaltet). (Einzelantrag wird nach seiner Begründetheit beurteilt)“, sagt van der Ent.
van der Ents Arbeit rund um das Werk wurde durch einen Kommentar ausgelöst, als er noch zur Schule ging. „Als ich in der High School war, hörte ich von einer kleinen Pflanze (Noccaea caerulescens), das direkt hinter der Grenze in Belgien wächst und zu einer Hyperakkumulation von Zink führen kann. Es faszinierte mich, wie eine Pflanze so viel Metall enthalten konnte, und ich begab mich auf die Suche danach auf den Müllhalden der seit langem stillgelegten Zink-Blei-Minen in der Nähe von Kelmis. Diese Faszination löste dann meine weltweite Suche nach Hyperakkumulatoranlagen aus, unter anderem in Australien, Chile, Indonesien, Neukaledonien und Südafrika“, sagt er.
Diese Studie wirft ein Licht auf das verborgene Potenzial des Pflanzenreichs und der Herbarium-Archive und enthüllt deren Fähigkeit, wertvolle Ressourcen zu speichern und uns beim Aufbau einer nachhaltigeren Zukunft zu helfen. Wir könnten diese natürlichen „biogeochemischen Pfadfinder“ nutzen, um unter der Erde vergrabene REE-Lagerstätten zu lokalisieren. Noch spannender ist, dass diese Pflanzen zu Werkzeugen für die „Phytoremediation“ werden könnten, also zur Sanierung kontaminierter Standorte, indem sie REEs aus verschmutztem Boden und Wasser absorbieren. Stellen Sie sich nun Reihen hyperakkumulierender Pflanzen vor, die stillschweigend daran arbeiten, kritische Elemente für unsere technologischen Bedürfnisse zu extrahieren.
Zu einer Zeit, in der einige Universitäten danach suchen Herbarien schließenDie Forschung zeigt, dass ein gut gepflegtes Herbarium eine Goldmine (oder ein anderes Metall) sein könnte. van der Ent glaubt, dass noch viele weitere Hyperakkumulatoren darauf warten, entdeckt zu werden.
„Durch unsere Forschung haben wir die Zahl der weltweit bekannten Hyperakkumulatoranlagen in den letzten 10 Jahren mehr als verdoppelt. Ich glaube jedoch, dass dies nur die Spitze des sprichwörtlichen Eisbergs ist, und wie diese Studie zeigt Annals of Botany zeigt, warten noch viele weitere Entdeckungen in der weltweiten Herbarie auf Sie. Diese Forschung verdeutlicht auch den Wert von Herbarien als entscheidende Informationsquelle zur Biodiversität weltweit und zeigt, warum es so wichtig ist, dass diese Institutionen kontinuierliche Finanzierung und Unterstützung erhalten.“
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Goudard L., Blaudez D., Sirguey C., Purwadi I., Invernon V., Rouhan G., van der Ent A. „Die Suche nach Seltenerdelement-(Hyper-)Akkumulatoren im Pariser Herbarium mittels Röntgenfluoreszenzspektroskopie liefert neue Erkenntnisse zur Verbreitung und zu Taxa." Annals of Botany. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcae011
Titelbild: Synchrotron-µRFA-Elementarkarten, die die Verteilung von Cäsium in einem Wedel zeigen Dicranopteris linearis. Foto: Goudard et al. 2024.
