Pilze und Algen bilden in einer Flechte eine enge Lebensgemeinschaft, von der beide Partner profitieren. Die Alge stellt energiereiche Stoffe bereit, während der Pilz unter anderem Schutz vor äußeren Einflüssen bietet. Für ihr Zusammenspiel ist der unmittelbare Kontakt zwischen beiden Partnern entscheidend, denn dort findet der Austausch von Stoffen statt.

Untersucht wurde die Wand-Gelbflechte Xanthoria parietina, die vor allem auf Baumrinde und Gestein wächst und durch ihre gelb-orange Färbung auffällt. Bislang war bekannt, dass Pilz und Alge über ihre Zellwände in Kontakt stehen. Unklar war jedoch, wie sich die Zellwände in diesen Bereichen von anderen Stellen unterscheiden. Dafür kamen am Institut für Materialforschung (IMFAA) der Hochschule Aalen spezialisierte materialwissenschaftliche Analyseverfahren zum Einsatz. Tim Schubert übertrug die am IMFAA etablierten Methoden der Materialmikroskopie auf die biologische Probe und schnitt mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) exakt definierte Querschnitte aus der Flechte heraus.

„Beim FIB wird mit einem Gallium-Ionen-Strahl Material gezielt abgetragen, um einen definierten Querschnitt der Probe freizulegen, ohne diese zu beschädigen“, erklärt Schubert. „So hatten wir den perfekten Blick auf die Zellwände von Pilz und Alge genau dort, wo sie sich berühren.“ Anschließend kam eine spezielle Röntgenanalyse (EDX) zum Einsatz, mit der sich feststellen lässt, welche chemischen Elemente in diesen Bereichen vorhanden sind. „Auf diese Weise konnten wir die Zusammensetzung der Zellwände an den Kontaktstellen mit anderen Regionen der Flechte vergleichen“, so Schubert.

Die materialwissenschaftlichen Messungen ergänzten somit die räumlichen Untersuchungen der Kontaktzone und verrieten mehr über die „Funktionsweise“ der Zellwände. Alle Ergebnisse wurden zusammengeführt, um die Berührungsstellen von Pilz und Alge mithilfe einer Nano-Computertomographie, die am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) durchgeführt wurde, als dreidimensionales Modell sichtbar zu machen. „Unsere statistischen Analysen und Modelle zeigen erstmals ganz genau, wie sich die Zellwände von Pilz und Alge direkt an der Kontaktstelle verändern“, freut sich Prof. Dr. Christian Bayer von der Fakultät Wirtschaft und Gesundheit der Hochschule Aalen. Solche Details waren mit genetischen Analysen bisher nicht erfassbar. Für Dr. Andreas Beck sind die 3D-Modelle der Interaktionszone besonders spannend, weil sie helfen, die grundlegenden Prozesse bei der Entstehung von Flechten besser zu verstehen.

Unterstützt wurde das Forscherteam dabei von der Carl Zeiss Microscopy Deutschland GmbH. „Im Namen aller Projektpartner möchte ich mich hierfür ganz herzlich bedanken, insbesondere bei Dr. Alexander Thesen und Anke Dutschke sowie bei Dr. Rafaela Debastiani von der Karlsruhe Nano Micro Facility am KIT. Ohne diese tolle Zusammenarbeit wäre das Projekt in dieser Form nicht möglich gewesen“, sagt Prof. Dr. Christian Bayer.