Long-distant transport in characean algae

• Antragsteller: Professor Dr. Alexey Eremin
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429897583

Transzelluläre Permeation und der Transport gelöster Substanzen über große Distanzen sind von besonderer Wichtigkeit, da sie wachsenden Zellen photosynthetische Assimilate liefern und den Austausch von an der Entwicklung mehrzelliger Organismen beteiligten Signalsubstanzen ermöglichen. Diese Transportmechanismen sind stark von den viskoelastischen Eigenschaften des zellulären Zytoplasmas abhängig. In den letzten Jahren wurde der aktive Transport in verschiedenen biologischen und künstlichen Systemen Gegenstand intensiver Forschung. Insbesondere zeigen die Selbstorganisation und das kollektive Verhalten aktiver Systeme auf verschiedenen Längenskalen viele Gemeinsamkeiten. Die physiologische Relevanz dieser Phänomene in biologischen Systemen zu verstehen, ist essenziell. Characean Algen bieten die einzigartige Gelegenheit, durch Cyclosis getriebenen interzellulären Transport auf Längenskalen von einigen Zentimetern zu untersuchen. Im Rahmen dieses Vorhabens werden wir den langreichweitigen Transport in Ketten von Algen erforschen und verstehen, wie viskoelastische Eigenschaften des Zytoplasmas den Transport von Photometaboliten unter verschiedenen Bedingungen bestimmen. Wir werden magnetische Nano-/Mikropartikel und magnetische Emulsionen zur Messung der viskoelastischen Antwort und zur Detektion biologisch aktiver Materialien im Zytoplasma nutzen. Dies wird es uns ermöglichen, die Beziehung zwischen der Rheologie des Zytoplasmas und der Ausbildung von Heterogenitäten im externen pH-Wert (pH-Bänder) sowie der photosynthetischen Aktivität zu ermitteln. Zur Erforschung der plasmodesmalen Permeation durch natürlich entstehende Photometaboliten und zur Aufklärung physiologischer Möglichkeiten zur Modulation der Leitfähigkeit zwischen Zellen wird eine neue nichtinvasive Methode entwickelt werden.Wir beabsichtigen festzustellen, wie die Permeabilität der Plasmodesmen für Spezies mit verschiedenen Mechanismen zur Anpassung an die Tonizität der Umgebung von der Geschwindigkeit der Cyclosis und dem Auftreten von Salzstress abhängt. Des Weiteren erwarten wir zu klären, welche Rolle zirkulierende elektrische Ströme für die interzelluläre Kommunikation und die Strukturbildung bei verschiedenen photosynthetischen Aktivitäten haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Privatdozentin Anna Alova, Ph.D., bis 3/2022; Professor Alexander Bulychev, Ph.D., bis 3/2022