Calciumfosfaat is een typisch bestanddeel van tanden en botten. Onlangs is aangetoond dat planten van de familie van de brandnetel dit zeer harde mineraal ook in hun "tanden" gebruiken om zich te verdedigen tegen hun dierlijke vijanden. Botanici van de Universiteit van Bonn hebben nu aangetoond dat calciumfosfaat veel meer voorkomt in planten dan eerder werd vermoed. Zelfs waterkers (Arabidopsis thaliana) gebruikt trichomen die zijn verhard met een korst van dit biomineraal om zich te verdedigen tegen vijanden zoals bladluizen. De resultaten zijn nu als eerste online gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift" Planta ". De gedrukte versie wordt in januari gepubliceerd.

In de landbouw wordt de weinig spectaculaire waterkers (Arabidopsis thaliana) gewoon als onkruid beschouwd. In de wetenschap, echter, de plant is al tientallen jaren het modelorganisme in studies over genetica, moleculaire biologie en fysiologie. "Het is zeker de best onderzochte plant van allemaal", zegt Prof. Dr. Maximilian Weigend van het Nees-Institut for Plant Biodiversity van de Universiteit van Bonn. "Hoe verrassender, dat calciumfosfaat in de toppen van de trichomen van Arabidopsis is nu pas ontdekt.” Het team rond prof. Weigend identificeerde de tandharde substantie met behulp van de elektronenmicroscoop en Raman-spectroscopie.

Het feit dat "tanden" niet beperkt zijn tot dieren, maar ook gevonden in planten, was eerder door de botanici van Bonn met de hulp van Hans-Jürgen Ensikat aangetoond in de familie van de brandnetel (Losaceae). Vervolgens, de wetenschappers breidden hun studies uit naar verschillende andere plantenorders. Ze konden de aanwezigheid van calciumfosfaatbiomineralisatie aantonen in enkele tientallen plantensoorten, bijv. de bestellingen Rosales, Boraginales en Brassicales - de tuinkers behoort tot de laatste.

Bedrieglijk zachte haren zijn scherpe wapens

"Het is al lang bekend dat veel planten glasachtig silica of calciumcarbonaat gebruiken om hun trichomen te verstevigen", meldt Adeel Mustafa van de werkgroep Weigend. "Het verrassende was dat heel hard calciumfosfaat ook door een hele reeks soorten wordt gebruikt en tot voor kort nog volledig over het hoofd werd gezien." Echter, De tuinkers heeft geen spectaculaire stekels of brandharen zoals brandnetels - die ze gebruiken om zich te verdedigen tegen rondsnuffelende zoogdieren zoals koeien. In Arabidopsis zijn de trichomen klein en relatief zacht - alleen de kleine toppen zijn bedekt met de bijzonder harde stof calciumfosfaat. "Het biomineraal wordt blijkbaar precies daar afgezet waar maximale mechanische stabiliteit vereist is", legt Weigend uit.

Microscopische afbeelding toont gespietste bladluizen

Thal cress gebruikt haar haren om zich vooral te verdedigen tegen kleine insecten zoals bladluizen. Microscopische afbeeldingen laten zien hoe de gemineraliseerde trichomen een onoverkomelijk obstakel vormen. Als een ijzeren maagd, het middeleeuwse martelwerktuig, de bijzonder verharde haren spietsen de bladluizen. "We hebben te maken met een microschaal verdedigingswapen, voorkomen dat veel soorten insecten deze planten beschadigen", zegt Weigend.

"Op de een of andere manier is het verrassend dat niet alle planten calciumfosfaat gebruiken bij structurele biomineralisatie, " concludeert Mustafa. Calcium en fosfaat zijn bijna universeel aanwezig in planten in de vorm van andere chemische verbindingen, maar het gebruik als biomineraal is niet universeel. Silica en calciumfosfaat zijn veel beter dan calciumcarbonaat - het meest voorkomende biomineraal in het algemeen - vanwege hun veel hogere hardheid. Het vermogen om haren uit te harden met calciumfosfaat blijkt een genetische basis te hebben. Weigend schetst mogelijke toekomstige zoekonderwerpen:"Het ontrafelen van de genetische basis voor de productie van deze verdedigingswapens zou de volgende logische stap zijn. Dit zou ons in staat stellen om deze zelfverdedigingsplanten te gebruiken als modellen voor het kweken van meer insectenresistente gewassen."