Leuchtholz dank Pilzbehandlung

Um Klimawandel und Borkenkäfer zu trotzen, werden in Schweizer Wäldern vermehrt Laubbäume gepflanzt. Jedoch gelangen diese häufig noch viel zu schnell in die thermische Verwertung zur Gewinnung von Wärmeenergie. Es sind also Ideen für eine Kaskadennutzung gefragt, um Laubholz länger im Kreislauf zu halten. Empa-Forschende hatten die Idee, Holz mit neuen Funktionalitäten auszustatten und Oberflächen unter Einfluss von Pilzen zum Leuchten zu bringen.

Hallimasch-Pilz ist ein Erreger der Weißfäule

Derzeit entwickelt das Team um Pilzforscher Francis Schwarze vom „Cellulose & Wood Materials“ Labor der Empa in St. Gallen ein neuartiges Kompositmaterial auf Basis von Laubholz und bringt es zum Leuchten. Neben Anwendungen im technischen Bereich könnte das Leuchtholz zu Designmöbeln oder Schmuck verarbeitet werden.

Gelungen ist dies dank eines Schmarotzers: Der Hallimasch-Pilz ist ein Erreger der Weißfäule bei Bäumen und damit eigentlich ein Holzschädling. Manche Arten produzieren den Naturstoff Luciferin, der in einem zweistufigen enzymatischen Prozess zum Leuchten angeregt wird. Von Pilzfäden durchzogenes Holz strahlt daher ein grünes Licht aus.

„Natürlich leuchtendes Holz wurde das erste Mal vor rund 2.400 Jahren durch den griechischen Philosophen Aristoteles beschrieben“, erläutert Francis Schwarze. Genau genommen lässt sich das verwobene Gebilde aus Pilz und Holz als natürliches Biohybrid bezeichnen, eine Kombination von lebenden Materialien.

„Künstlich erzeugt wären derartige Kompositmaterialien für viele Anwendungsarten interessant“, sagt der Empa-Forscher. Doch was der Natur scheinbar mühelos gelingt, war für die Biotechnologie bisher eine große Herausforderung. Nun ist es dem Empa-Team erstmals gelungen, den Prozess unter kontrollierten Bedingungen im Labor zu induzieren und zu steuern.

Die Leuchtpilze hat Biotechnologe Francis Schwarze in der Natur aufgespürt, im Labor analysiert und ihren genetischen Code entziffert. Als besonders leistungsstark entpuppte sich der Ringlose Hallimasch (Desarmillaria tabescens). Nach Vorversuchen mit verschiedenen Holzarten startete Schwarze mit Balsaholz (Ochroma pyramidale), einem Holz mit besonders geringer Dichte.

Mittels Spektroskopie beobachteten die Forschenden, wie der Pilz in den Balsaholz-Proben Lignin abbaut, das für Steifigkeit und Druckfestigkeit verantwortlich ist. Dass damit die Stabilität des Holzes jedoch nicht verschwindet, zeigten Röntgen-Diffraktionsanalysen: Die Cellulose, die im Holz für Zugfestigkeit sorgt, blieb intakt.

Maximale Leuchtkraft erreicht das Biohybrid aus Pilz und Holz, wenn es drei Monate im Brutschrank inkubiert wurde. Dabei liebt es Desarmillaria besonders feucht: Die Balsaholz-Proben nahmen in dieser Zeit das Achtfache ihres Gewichts an Feuchtigkeit auf. Beim Kontakt mit Luft beginnt schließlich die Enzymreaktion im Holz.

Das Leuchten entfaltet seine ganze Pracht nach zehn Stunden, wobei grünes Licht mit einer Wellenlänge von 560 Nanometer abgestrahlt wird, wie Empa-Forscherin Giorgia Giovannini vom „Biomimetic Membranes and Textiles“-Labor bei Fluoreszenzspektroskopie-Analysen ermittelte. Derzeit hält der faszinierende Prozess rund 10 Tage an.

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