(24. Juli 2012) Abwaschbare Makromoleküle aus der Pollenoberfläche lassen Wassertröpfchen leichter gefrieren, wie Forscher um Hinrich Grothe vom Institut für Materialchemie der Technischen Uni Wien und Kollegen aus Wien und Bayreuth zeigen konnten. In große Höhen der Atmosphäre getragen, könnten sie die Eisbildung in den Wolken begünstigen, was zu weniger Sonneneinstrahlung und mehr Niederschlägen auf dem Erdboden führt.
Die Pollenmoleküle wirken dabei als sogenannte Eiskeime, die es ermöglichen, dass Wasser unter 0 °C leichter gefriert. „Eiskeime helfen dem Wasser bei der Strukturierung, wie eine Art Gerüst”, erklärt Bernhard Pummer von der Technischen Universität Wien, Erstautor der im März veröffentlichten Studie (Atmos Chem Phys 2012,12: 2541-50). Ohne Eiskeime können Molekularbewegung und Oberflächenspannung kleine Eiscluster auseinanderreißen, bevor sie zu makroskopischen Eiskristallen wachsen können. Die Oberfläche wirksamer Eiskeime hat eine ähnliche Struktur wie Eis. Auch eisaktive Bakterien und Pilzsporen, Mineralstaub, Ruß und Vulkanasche können auf diese Weise die Eisbildung fördern. Zerkleinerte Pseudomonas syringae-Bakterien werden beispielsweise dem Wasser für Schneekanonen zugesetzt, um bei höheren Temperaturen Kunstschnee herzustellen (lesen Sie auch den LabTimes-Artikel „Do Aerial Bugs Make Weather?“ über Klimamikrobiologie).
Die Forscher untersuchten, inwieweit die Pollen von fünfzehn verschiedenen Pflanzen das Gefrieren von Wasser fördern. Dazu gaben sie zu Wassertröpfchen in Öl entweder Pollen oder deren abgewaschene Oberflächenmoleküle. Sie kühlten die Emulsion ab und bestimmten die Gefriertemperatur. Nicht jede Pollensorte unterstützte die Eisbildung gleich gut. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass Poren, Risse oder Noppen auf der Pollenoberfläche dabei keine Rolle spielen, sondern dass lösliche Moleküle die Hauptakteure sind. Während Pollenmoleküle von Weißbirke, Waldkiefer und Gemeinem Wacholder sehr potente Eiskeime waren, waren die Pollenmoleküle von Mais und Beifuß-Ambrosie inaktiv. Da die wirksamen Eiskeime aus dem hohen Norden kommen, die inaktiven dagegen aus südlicheren Breitengraden, könnte die Eisbildung um die Pollen herum eine Art Schutzmechanismus sein, vermuten die Autoren. Physikalische und biochemische Untersuchungen deuten darauf hin, dass es sich bei den Eiskeimen mit einem Molekulargewicht zwischen 100 und 300 kDa nicht um Proteine handelt. „Es dürften Polyzucker sein“, erklärt Hinrich Grothe. Polysaccharide sind im Gegensatz zu ganzen Pollenkörnern auch leicht genug, um in größere Höhen der Atmosphäre getragen zu werden und dort das Wetter zu beeinflussen.
Als nächstes wollen die Forscher die eisbildenden Makromoleküle auf der Oberfläche von Pollen näher untersuchen und die Rolle von Pilzsporen bei der Eisbildung weiter unter die Lupe nehmen.
Bettina Dupont
Fotos: Stranger in town / photocase.com (Regenwolke)
TU Wien (Wacholderpollen)