Von Zelle zu Zelle, von Gewebe zu Gewebe: Wegsamkeiten bei der Niedrigtemperatur-Holzsilifizierung

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Carole T. Gee
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 348043586

Silifizierung ist der wichtigste Prozess für die zelluläre Erhaltung von Pflanzenfossilien, wobei die Zellen exquisite Details zeigen können. Das Verständnis dieses Prozesses ist seit fast einem Jahrhundert von großem Interesse, und es ist nun bekannt, dass jedes Substrat, das in der Lage ist, Siliciumdioxid (SiO2) in Lösung zu bringen, Pflanzenmaterial silifizieren kann. Die Kieselsäure tritt ins Holz ein und erhält die Zellen zunächst durch Ablagerung eines Films an den Zellwänden. Derzeit werden analytische Techniken routinemäßig verwendet, um die Geochemie zu charakterisieren, die an der Holzverkieselung beteiligt ist. Fast alle Studien beschäftigen sich jedoch mit der Verkieselung erst, nachdem die Mineralisierung in den Zellen bereits begonnen hat oder sogar abgeschlossen ist. Was aber praktisch unbekannt ist, sind die Wegsamkeiten in die Gewebe und Zellen, die die Kieselsäure nimmt, bevor das Siliciumdioxid in den Holzzellen ausgefällt wird.Hier präsentieren wir ein zusammenhängendes, analytisches und experimentelles Forschungsprogramm von vier Studien, die darauf abzielen, diese Wegsamkeiten in Holz und anderen holzigen Geweben aufzuklären. Die erste Studie wird den Weg von SiO2-reichem Wasser in vier stehenden Nadelbäume bei einer heissen Quelle im Yellowstone National Park, USA, untersuchen. Die zweite Studie wird feststellen, ob Tropfstrukturen, die aus 17-Millionen Jahre alten Bäumen im Versteinerten Wald von Lesvos sickern, den SiO2-reichen Baumsaft in den Bäumen darstellen, als sie noch am Leben waren. Dies würde bedeuten, dass die Bäume an der Selbstmineralisierung ihrer Zellen beteiligt waren. Die dritte Studie wird den Weg der Kieselsäure in allochthonen Stämme, fossilen Holz und Zapfen aus dem Sediment-Substrat zu verfolgen. Die vierte Studie besteht aus einer Reihe von Laborexperimenten, die den Weg von gelöster Kieselsäure von Zelle zu Zelle in Holzgeweben verfolgen. Mit Wasser, pulverisiertem vulkanischem Glas und einer Wärmequelle wird ein Frühstadium der Silifizierung in Nadelbaum- und Angiospermenhölzern verschiedener Dichten mit und ohne Rinde induziert. Entscheidend ist dabei die Orientierung des Holzgewebes zum Fluss der Kieselsäurelösung. Es werden auch Versuche durchgeführt, um die Verkieselung in Zweigen mit Rinde zu induzieren, um zu testen, ob Rinde den Eintritt von Kieselsäure behindert.Modernste Technologien werden für die Bildgebung, Kartierung und Analyse der Verteilung von Siliciumdioxid, anderen Mineralien und Rest-Lignin auf dem Mikrometer- und dem nanoskaligen Niveau angewendet. Die Methoden umfassen die wellendispersive Röntgenanalyse, Raman-Spektroskopie, Röntgenbeugung, Heliumionenmikroskopie, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie, Time-of-Flight-Massenspektrometrie und matrixunterstützte Laserdesorption/Ionisationszeit-Flugspektrometrie. Die hochauflösende Forschung wird auch mittels Rasterelektronenmikroskopie, rückgestreute Elektronenmikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2685: Die Grenzen des Fossilberichtes: Analytische und experimentelle Ansätze zum Verständnis der Fossilisation
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christian Gerhard Ballhaus