Anpassungen von Kaktusdornen zur Nebel- und Tauaufnahme

Wasser spielt eine entscheidende Rolle für das Leben auf der Erde. In Regionen mit Wasserknappheit insbesondere in Wüsten haben Pflanzen und Tiere faszinierende Methoden entwickelt, um Wasser zum Überleben zu gewinnen und zu speichern. Besonders interessante Anpassungen an die Wasserknappheit lassen sich bei den Kakteengewächsen beobachten: zu den wichtigsten Merkmalen gehören dicke, wachsartige Oberflächen, die den Pflanzenkörper überziehen, Speicherung von Wasser im Pflanzenkörper und den Wurzeln (sogenannte Sukkulenz), hohe Wassernutzungseffizienz aufgrund eines speziellen Säurestoffwechsels (CAM), oft eine kleine Wuchsform, und die Entwicklung von Stacheln und Haaren anstelle von Blättern. Das wohl charakteristischste Merkmal von Kakteen sind ihre spitzen Stacheln, die im Allgemeinen als Verteidigung gegen Tiere bekannt sind. Interessanterweise haben einige Kakteenarten Stacheln mit der zusätzlichen Funktion Nebel und Tau zu sammeln und so die Wasseraufnahme durch die Wurzeln zu ergänzen. Dabei spielen die Oberflächenbeschaffenheit und die innere Struktur der Stacheln eine entscheidende Rolle und bestimmen die Wechselwirkung mit Wassertröpfchen. Daher ist das Ziel dieses Projekts zu verstehen, wie sich das Stachelgewebe entwickelt und wie die chemische Zusammensetzung zur Nebel- und Tauaufnahme beitragen. Darüber hinaus werden die unterschiedlichen Transportwege von Wasser in verschiedenen Kakteen aus Nebelwüsten und Regionen mit Taubildung systematisch untersucht. Um Einblicke in die Stachelstruktur und Wassertransportmechanismen zu gewinnen, werden verschiedene Techniken aus den Materialwissenschaften, der Botanik und der Pflanzenphysiologie eingesetzt. In einem breiteren Kontext sind pflanzliche Oberflächen sowohl für unser Verständnis der Natur interessant, als auch für technische Anwendungen, da pflanzliche Oberflächen ein breites Spektrum an Funktionen und Eigenschaften (selbstreinigend, hydrophil, hydrophob etc.) zeigen. Diese Vielfalt wurde in der Vergangenheit oft als Bio-Inspiration für technische Anwendungen herangezogen und bietet auch in Zukunft großes Potential.