Was genau untersucht dieses längste Experiment der Geschichte, das mehr als 140 Jahre dauerte und an dem drei Generationen von Wissenschaftlern beteiligt waren?

Samen sind in unserem täglichen Leben allgegenwärtig, von Erdnüssen bis hin zu Kaffeebohnen. Doch Samen sind mehr als nur eine Delikatesse auf unseren Tischen; in der Botanik stellen sie den Ausgangspunkt des Lebens dar.

Ein Samen birgt Hoffnung für die Zukunft: Die Samenschale bietet Schutz, der Embryo ist der Ursprung des Lebens und das Endosperm ist voller Nährstoffe. Aber wissen Sie, wie kraftvoll die Vitalität von Samen ist? Wie lange kann es höchstens überleben? Allerdings würde niemand vor der Lektüre dieses Artikels zu glauben wagen, dass der aktuelle Rekord für die längste Überlebensdauer eines Samens bei 32.000 Jahren liegt!

Quelle verschiedener Seed-Bilder: Generiert von der KI des Autors

32.000 Jahre alte Samen im Permafrost wiederbelebt

Stellen Sie sich vor, das nüssesuchende Eichhörnchen im Zeichentrickfilm „Ice Age“ hätte sich wahrscheinlich nie vorstellen können, dass die von seinen urzeitlichen Artgenossen vergrabenen Samen 32.000 Jahre später zu einem wissenschaftlichen Wunder werden würden.

Im Jahr 2007 entdeckten russische Paläontologen tief im Permafrost des Flusses Kolyma in Sibirien eine Reihe uralter Eichhörnchennester. Diese 20 bis 40 Meter unter der Erde verborgenen Höhlen sind zu Zeitkapseln geworden, in denen eine Menge Pflanzensamen aufbewahrt werden, die etwa 32.000 Jahre alt sind.

Dann, im Jahr 2012, starteten Wissenschaftler einen beispiellosen Versuch, diese uralten Samen wiederzubeleben. Ihnen gelang die Kultivierung von Silenestenophylla, was nicht nur einen großen Durchbruch in der Geschichte der Botanik darstellt, sondern auch einen neuen Rekord für die Wiederbelebung der ältesten Pflanzensamen.

Doch dieser Wiederauferstehungsprozess ist kein einfaches Pflanzen, sondern eine technische Herausforderung. Wissenschaftler extrahierten zunächst embryonales Gewebe aus diesen uralten Samen und nutzten dann eine hochentwickelte Gewebekulturtechnologie, um diesen Neustart des Lebens zu erreichen.

Wie also ist es möglich, dass diese Samen, die 32.000 Jahre lang vergraben waren, bis heute überlebt haben? Die Forscher vermuten, dass die Samen, nachdem sie von den Eichhörnchen vergraben worden waren, im Permafrost gefroren sind, der seitdem nicht mehr aufgetaut ist. Diese gefrorene Umgebung bietet einzigartige Konservierungsbedingungen für die Samen und ermöglicht ihnen, durch die Zeit zu reisen.

Als diese 32.000 Jahre alten Pflanzensamen von einem professionellen wissenschaftlichen Forschungsteam entdeckt und wiederbelebt wurden, brachten sie nicht nur Relikte der Vergangenheit ans Licht, sondern boten uns auch eine einzigartige Gelegenheit, urzeitliche Organismen zu studieren. Diese alten Angustifolia-Arten wurden gezüchtet, um Blüten zu erzeugen, die sich zwar hinsichtlich Blütenblattabstand, Länge und Blattmorphologie leicht von ihren modernen Gegenstücken unterschieden, jedoch ihre wesentlichen Merkmale behielten und als biologische Brücke zwischen Vergangenheit und Gegenwart dienten.

Bild einer vor 32.000 Jahren aus Samen gewachsenen Angustifolia: Referenz 1

Ein 2000 Jahre altes Samenwunder in den Trümmern einer alten Burg

Bevor die Samen des Schmalblättrigen Wermuts den Rekord für die Wiederbelebung alter Samen brachen, kursierte in der wissenschaftlichen Gemeinschaft bereits eine Geschichte: die Wiederbelebung von Dattelpalmensamen von vor zweitausend Jahren. Die Geschichte beginnt in der Arava-Wüste im Süden Israels, einem Ort, an dem einst Dattelpalmen wuchsen.

Aufgrund des Klimawandels und Wassermangels verschwanden diese Bäume im Laufe von Hunderten von Jahren nach und nach. Doch vor 40 Jahren entdeckten Archäologen bei Ausgrabungen der antiken Festung Masada an der Ostküste des Toten Meeres eine Menge Dattelkerne. Es waren diese Dattelkerne, die den lange verschollenen Dattelpalmen in der heutigen Zeit neues Leben einhauchten.

Wissenschaftler führten mit diesen alten Dattelkernen eine Reihe aufwändiger Experimente durch. Sie legten die Dattelkerne in eine Thermoskanne, gossen langsam Wasser hinein und verwendeten Gibberellinsäure und Pflanzenwachstumshormone, um die Keimung und Wurzelbildung zu fördern. Diese Samen werden dann in Töpfe mit frischer Erde gepflanzt.

Nach 26 Monaten sorgfältiger Kultivierung keimten diese Dattelpalmensamen, die zweitausend Jahre lang ruhten, nicht nur, sondern wuchsen auch auf eine Höhe von 121 cm heran. Diese Wiederauferstehung wurde durch die extrem trockenen und heißen Klimabedingungen der Region des Toten Meeres ermöglicht, die den Samen eine nahezu perfekte natürliche Konservierungsumgebung bieten.

Durch DNA-Analysen dieser alten Dattelpalmenblätter haben Wissenschaftler herausgefunden, dass diese alten Sorten zwar auf genetischer Ebene zu mehr als 50 % mit modernen Dattelpalmen übereinstimmen, aber dennoch einzigartige historische Merkmale aufweisen.

Das Überraschendste ist, dass diese alten Bäume nach unermüdlichen Anstrengungen sogar Früchte tragen. Die erste Ernte wog im Schnitt jeweils etwa 18 Gramm und wurde als äußerst lecker beschrieben. Diese wissenschaftliche Forschungsleistung ist nicht nur ein Sieg der Wissenschaft, sondern auch eine schöne Geschichte über Zeit und Vitalität. Auch wenn wir die Wiederauferstehung der Dinosaurier noch nicht miterleben können, können wir bereits Datteln von vor Tausenden von Jahren probieren. Das ist der Reiz der wissenschaftlichen Forschung.

Abbildung 32 Dattelpalmen, die vor Tausenden von Jahren aus Samen gewachsen sind (A: Samen; B: 15 cm nach 3 Monaten Wachstum; C: 31 cm nach 7,5 Monaten Wachstum; D: 121 cm nach 26 Monaten Wachstum) Bildquelle: Referenz 2

Zur Bestimmung der Samenlebensdauer

Wissenschaftler führten ein Experiment durch, das hundert Jahre dauerte

In den ruhigen frühen Morgenstunden des April 2021 wurde eine versteckte Ecke der Michigan State University zum Treffpunkt einer Gruppe von Botanikern. Mit Suchscheinwerfern, Schaufeln und Maßbändern in der Hand folgten sie einer alten Karte und begannen mit einer ungewöhnlichen Ausgrabung.

Ihr Ziel war kein Schatz im herkömmlichen Sinne, sondern ein Bündel Samen, die 142 Jahre lang vergraben waren. Dies waren nur ein paar gewöhnliche Unkrautsamen. Aber sie sind Teil eines großen wissenschaftlichen Experiments, das seit mehr als einem Jahrhundert läuft. Dies ist jedoch ein sehr langes und großes wissenschaftliches Experiment. Dieses Experiment läuft derzeit schon seit mehr als 140 Jahren und wird noch weitere 80 Jahre dauern.

Abbildung 4 Schematische Darstellung des Seed Mining Bildquelle: KI vom Autor generiert

Das 1879 von Professor William James Beale konzipierte Experiment sollte die tatsächliche Lebensdauer ruhender Samen untersuchen. Professor Bill bereitete 20 Glasflaschen vor, die jeweils 1.050 Samen von 21 verschiedenen Pflanzen enthielten, 50 Samen von jeder Art, vermischten sie mit feuchtem Sand und vergruben sie auf dem Campus.

Ursprünglich war geplant, alle fünf Jahre eine Flasche auszugraben, um das Überleben der Samen zu testen. Im Laufe der Zeit verlängerte sich dieser Zeitraum jedoch schrittweise, von 10 Jahren in den 1920er Jahren auf 20 Jahre in den 1980er Jahren.

Nach mehr als einem Jahrhundert des Wartens haben die meisten dieser Samen ihre Vitalität verloren, aber überraschenderweise behalten die Samen von Verbascumblattaria ihre Vitalität noch immer. Diese Entdeckung bestätigt nicht nur die erstaunliche Vitalität von Samen, sondern liefert uns auch wertvolle Daten zum Überleben der Samen und zur Erholung des Ökosystems.

Aus der 16. Flasche der Sammlung von Professor Bill wurden Samen entnommen und zum Keimen gebracht. Bildquelle: Referenz 3

Professor Bill hatte dieses Experiment ursprünglich entwickelt, um eine Referenz für die Landwirtschaft zu schaffen und den Überlebenszyklus von Unkrautsamen auf Ackerland zu verstehen. Doch mit der Zeit hat sich die Bedeutung dieses Experiments über seinen ursprünglichen Zweck hinaus erweitert und uns wichtige Erkenntnisse zur langfristigen Saatgutkonservierung und ökologischen Verbesserung geliefert. Das Experiment soll im Jahr 2100 enden und es warten noch immer vier Glasflaschen darauf, von Wissenschaftlern entdeckt zu werden.

Abschluss

Diese Geschichten über Samen – von ihrer tausendjährigen Wiederauferstehung in urzeitlichem Eis und Wüstenkies bis hin zu jahrhundertealten Experimenten an der Michigan State University – demonstrieren nicht nur die anhaltende Kraft der Samen als Ursprung des Lebens, sondern enthüllen auch die subtile Verflechtung von Leben und Zeit in der Natur.

Diese Samen umfassen Tausende von Jahren Geschichte, werden zu einer Brücke zwischen uns und der Vergangenheit und zu einem wichtigen Symbol wissenschaftlicher Erforschung und Naturschutzes. Sie lehren uns, die Natur zu respektieren, erinnern uns an unsere Verantwortung für die Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts der Erde und zeigen uns die endlosen Wunder der Natur, die darauf warten, von uns erforscht, verstanden und geschützt zu werden.

Verweise

[1]Yashina et al. Regeneration ganzer fruchtbarer Pflanzen aus 30.000 Jahre altem Fruchtgewebe, das im sibirischen Permafrost vergraben ist. PNAS.2012,109(10),4008-4013.

[2]Sallonetal. Keimung, Genetik und Wachstum alter Dattelsamen. Science.2008,320,1464.

[3]Flemingetal.Der 141-jährige Zeitraum für Dr. Beals Samenlebensfähigkeitsexperiment: Eine Hybridüberraschung.AmJournalofBot.2023,110:e16250.

Dieser Artikel ist ein Werk des Science Popularization China-Starry Sky Project

Produziert von: Abteilung für Wissenschaftspopularisierung der Chinesischen Vereinigung für Wissenschaft und Technologie

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

Autor: Denovo Science Team

Rezension von Wang Kang, Direktor des Wissenschaftsmuseums des Nationalen Botanischen Gartens