Forschung

Forschungsschwerpunkte: Photoschutz bei der Photosynthese, Ökophysiologie der Pflanzen, Funktion der Carotinoide, Xanthophyll-Zyklus

Barbara Demmig-Adams beschäftigt sich mit fundamentalen Fragen der Pflanzenphysiologie. Ihre grundlegenden Arbei¬ten zu den Mechanismen, mit denen sich Pflanzen unter verschiedenen Umweltbedingungen vor zu viel Sonnenlicht schützen, gelten als Meilenstein der modernen Pflanzenbiologie.

Pflanzen haben verschiedene Strategien entwickelt, um sich vor zu viel Sonnenlicht zu schützen. Eine besteht darin, überschüssige Strahlungsenergie kontrolliert in Wärme umzuwandeln und dadurch dem System wieder zu entziehen. Eine zentrale Rolle spielt dabei das Zeaxanthin, ein orange-gelber Farbstoff aus der Gruppe der Xanthophylle, wie Barbara Demmig-Adams am Beispiel der Balsam-Pappel (Populus balsamifera L.), des Gemeinen Efeus (Hedera helix L.) und des Köstlichen Fensterblatts (Monstera deliciosa Liebm.) nachweisen konnte. Sie stellte fest, dass sich in den Blättern bei stärkerem Licht vermehrt Zeaxanthin ansammelt und zugleich mehr Wärme abgestrahlt wird, während bei nachlassendem Licht der Anteil des Vorläufermoleküls Violaxanthin wieder steigt. Demmig-Adams folgerte daraus, dass sich die Pflanzen über den sogenannten Xanthophyllzyklus überschüssiger Anregungsenergie entledigen, bevor der Photosynthese-Apparat irreparabel geschädigt werden kann. Ihr Artikel aus dem Jahre 1987 „Photoinhibition and Zeaxanthin Formation in Intact Leaves“ wurde 2010 vom Fachmagazin „Plant Physiology“ als „Meilenstein“ der modernen Pflanzenbiologie bezeichnet.

Die Studien von Demmig-Adams zu den molekularen Mechanismen des pflanzlichen Photoschutzes und der Photoinhibition, das heißt zur Hemmung der Photosynthese bei Lichtstärken über dem Lichtsättigungspunk, haben auch für die landwirtschaftliche und technische Nutzung von Pflanzen herausragende Bedeutung. Während sich Demmig-Adams mit den Unterschieden beim Photoschutz zwischen verschiedenen Pflanzenarten und unter verschiedenen Umweltbedingungen beschäftigte, erweiterte sie kontinuierlich ihre Perspektive. Sie stieß auf Parallelen zwischen der Photoprotektion bei Pflanzen und Mechanismen, die das menschliche Auge vor Schäden durch zu starken Lichteinfall bewahren. Auch hier spielen das Zeaxanthin sowie das orange-gelbe Lutein, die im „Gelben Fleck“ auf der Netzhaut (Macula lutea) akkumuliert werden, eine entscheidende Rolle – mit dem wesentlichen Unterschied, dass der menschliche Organismus diese Pigmente, anders als Pflanzen, nicht selber synthetisieren kann, sondern über die Nahrung aufnehmen muss. Auch wenn die komplexen Vorgänge noch nicht vollständig geklärt sind, lassen sich daraus doch Ernährungsempfehlungen ableiten, etwa zur Vorbeugung von Augenerkrankungen wie der Altersabhängigen Makuladegeneration (AMD).

Neben ihrer Forschungsarbeit setzt sich Barbara Demmig-Adams für innovative Lehr- und Lernmethoden ein, unter anderem im Rahmen der „Science Education Initiative“ und des „Center for STEM Learning (CSL)“ an der University of Colorado.

Werdegang

• seit 2013 Professor of Distinction, University of Colorado, Boulder, USA
• seit 1998 Professorin, Fachbereich „Ecology and Evolutionary Biology“, University of Colorado,Boulder, USA
• 1994-1998 Associate Professor, Fachbereich „Ecology and Evolutionary Biology“, University of Colorado, Boulder, USA
• 1994 Visiting Fellow,Research School of Biological Sciences, Australian National University, Canberra, Australien
• 1990-1994 Assistant Professor, Fachbereich „Ecology and Evolutionary Biology“, University of Colorado, Boulder
• 1989-1990 Wissenschaftliche Mitarbeiterin, Fachbereich „Ecology and Evolutionary Biology“, University of Colorado, Boulder, USA
• 1989 Habilitation, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• 1986-1989 Forschungsaufenthalt, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• 1985-1986 Postdoc Stipendium, Carnegie Corporation of New York, New York, USA
• 1985 Postdoc Stipendium, McKnight Foundation, Minneapolis, USA
• 1984-1986 Postdoktorandin, Pflanzenbiologisches Institut, Carnegie Institution of Washington, Stanford, USA
• 1984 Promotion in Pflanzenphysiologie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• 1974-1979 Biologie- und Chemiestudium (Staatsexamen), Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Funktionen

• Affiliate, Renewable and Sustainable Energy Institute, University of Colorado, Boulder, USA
• Faculty Mentor for the Interdisciplinary Quantitative Biology (IQ-Biology) Program, BioFrontiers Institute, University of Colorado, Boulder, USA
• Mitglied, College of Arts & Sciences Honors Council, University of Colorado, Boulder, USA

Projekte

• 2013-2014 Teilprojekt „Assessing the Impact of Early, Individualized Faculty and TA Interventions for At-Risk Students”, Award “Towards a Center for STEM Education”), National Science Foundation (NSF), USA
• 2011-2015 „Increasing Teaching Effectiveness in Ecology and Evolutionary Biology”, Science Education Initiative, University of Colorado, Boulder, USA
• 2011-2013 „Assessing Functional Diversity of Algal Communities at the Single Cell Level with a Compact Multi-function Microfluidic Cytometer”, NSF, USA
• 2011-2013 „Developing a Roadmap to the Diatoms with Greatest Oil Production”, VCR Innovative Seed Program, University of Colorado, Boulder, USA
• 2011-2012 „Extractive Photobioreactor”, ConocoPhillips Company, Houston, USA
• 2010-2015 „Collaborative Research (Arabidopsis 2010): Ecological Genomics of Adaptation to the Environment“, NSF, USA
• 2010-2013 „Novel Genetic Dissection of Temperature Tolerance in the Model Plant Arabidopsis”, VCR Innovative Seed Program, University of Colorado, Boulder, USA
• 2009-2013 „Photosynthesis and Phloem Anatomy”, NSF, USA
• 2009-2010 „Optimization of Light Use Efficiency for Algal Production of Glycerol as a Precursor for Transport Fuels“, ConocoPhillips Company, Houston, USA
• 2007-2010 „Defining a Mechanistic Link Between Stand Thinning, Drought Stress, and Risk of Mortality from Pine Bark Beetles in Californian Yellow Pine“, U.S. Department of Agriculture, USA
• 2007-2008 „Identification of Novel Biomolecules for Improved Biological Production of Alternative Fuels from Solar Energy“, Energy Initiative, NREL Seed Grant Program, University of Colorado, Boulder, USA
• 2007-2008 „Towards the Establishment of a Novel Role of the Carotenoid Zeaxanthin in Signaling“, Council on Research and Creative Work (CRCW), University of Colorado, Boulder, USA
• 2003-2007 „Photosynthetic Acclimation, Photoprotection, and Phloem Loading“, NSF, USA
• 2002-2005 „Seasonal Changes in the Productivity of Evergreen Forests: Toward an Understanding of what it Takes to be ‘Evergreen’ and How Seasonal Changes are Orchestrated“, Andrew W. Mellon Foundation, New York City, USA
• 2000-2003 „Protein Phosphorylation and Xanthophyll Cycle Dynamics dependent on Lifeform“, U.S. Department of Agriculture, USA
• 1999-2001 „Protein Phosphorylation and Photoprotection during Winter Stress“, NSF, USA
• 1996-1998 „Photoprotection during Winter Stress“, NSF, USA
• 1994-1999 „Biosphere/Atmosphere Interactions: Biochemical Causes to Global Implications“, NSF, USA
• 1994-1997 “Interaction of Photoprotective Processes in Plants“, U.S. Department of Agriculture, USA
• 1992-1995 “Carotenoids and Photoprotection in CAM Plants“, NSF, USA
• 1992-1993 „The Relative Roles of Photoprotective Energy Dissipation and Repair Processes in Plants under High Light Stress”, CRCW, University of Colorado, Boulder, USA
• 1991-1992 „Remote Sensing of Actual Photosynthesis Rates of Vegetation under Changing Environmental Conditions“, Global Change & Environmental Quality Program, University of Colorado, Boulder, USA
• 1990-1992 „Carotenoids and Photoprotection in Various Crop Species“, U.S. Department of Agriculture, USA

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• 2016 College Scholar Award, University of Colorado, Boulder, USA
• 2014 Marinus Smith Award, Parents Association for services to undergraduates, University of Colorado, Boulder, USA
• 2013 Chancellor’s Award for Excellence in STEM education, University of Colorado, Boulder, USA
• 2011 Boulder Faculty Assembly Excellence in Teaching Award, University of Colorado, Boulder, USA
• seit 2011 Mitglied,Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• 2008 Certificate of Appreciation for work with students with disabilities from Disabilities Services, University of Colorado, Boulder, USA
• 2006 The Boulder Faculty Assembly Excellence in Research, Scholarly, and Creative Work Award, University of Colorado, Boulder, USA
• 1997 Faculty Fellowship, Council on Research and Creative Work (CRCW), University of Colorado, Boulder, USA
• 1992-1997 Fellowship in Science and Engineering, David and Lucile Packard Foundation, Los Altos, USA
• 1987 Preis für Biologie, Akademie der Wissenschaften zu Göttingen