In Zukunft könnten Pflanzen ihre Biomasse verdoppeln

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Ein kleines bisschen erinnert die Nachricht ans Schlaraffenland. Man stelle sich dicht mit Früchten behangene Bäume, riesige Kartoffeln und Pflanzen die so schnell wachsen, dass man mit dem bloßen Auge dabei zusehen kann, vor. Ganz so extrem wird es in Zukunft nicht aussehen, aber dennoch besteht eine große Chance zu mehr Erträgen pro Nutzpflanze.

Fast doppelt so viel Biomasse in der gleichen Zeit

Forschern ist etwas revolutionäres gelungen. Durch genetische Manipulation konnten sie den Prozess der Pflanze aus CO2 Biomasse, also neue Pflanzenzellen, herzustellen optimieren. Das führt dazu, dass die Pflanze 40% mehr Biomasse herstellen kann als zuvor. Wenn sich dieser Effekt auf weitere Pflanzenarten übertragen lässt, die Forscher arbeiteten bei ihrer Forschung nämlich mit Tabakpflanzen, könnte das eine signifikante Rolle im Kampf gegen den Welthunger spielen. Nutzpflanzen könnten so in kürzerer Zeit erheblich mehr Ertrag bringen, als es in der Geschichte bisher durch Dünger, Bodenaufbereitung und Spritzmitteln je gab.

Wie geht das?

„Wir könnten bis zu 200 Millionen mehr Menschen ernähren mit den Kalorien, die im Mittleren Westen der USA durch Photorespiration verloren gehen“, so Donald Ort von der University of Illinois bezüglich seiner Forschungsarbeit. Photorespiration, auch genannt Lichtatmung, wird nicht zum ersten Mal erforscht. Schon lange ist Wissenschaftlern bekannt, dass die Photosynthese von Pflanzen nicht perfekt ist, genauer gesagt ist der katalytische Prozess des Enzyms Ribulose 1,5-bisphosphat Carboxylase-Oxygenase (RuBisCO) nicht perfekt. Dieses Enzym verwandelt CO2 während der Photosynthese in Biomasse. Aber, wie der Name dem ein oder anderen schon verrät, akzeptiert dieses Enzym auch Sauerstoff, was dazu führt, dass ein giftiges Nebenprodukt gebildet wird, nämlich 2-Phosphoglycolat (2-PGlycolat), welches von der Pflanze nicht verwertet werden kann und daher durch andere biochemische Reaktionen umgewandelt werden muss. Dieser Vorgang, also wenn anstatt CO2 Sauerstoff verwendet wird, nennt man dann Photorespiration oder auch Lichtatmung. Sie ist in kohlenstoffarmer Umgebung überlebenswichtig für die Pflanze. Aber: der zusätzliche Aufwand die Nebenprodukte abzubauen kostet die Pflanze logischerweise Energie, je nach Umweltbedingungen sind das 20-50%, die sie sonst zum Wachsen nutzen könnte.

Mit Hilfe von Genen aus dem Riesenkürbis (Cucurbita maxima) und von einer Grünalgen-Art (Chlamydomonas reinhardtii), konnten die Forscher einen synthetischen Weg schaffen bei dem das giftige Nebenprodukt 2-PGlycolat in den Chloroplasten der Zelle verbleibt und dort vollständig entgiftet wird. Auf diese Weise muss die Pflanze weniger Energie für die Lichtatmung aufbringen und kann als Endeffekt schneller wachsen.

Ein globaler Entwicklungssprung?

Jetzt werden die neuen Erkenntnisse auch an Soja, Augenbohnen, Reis, Kartoffeln, Tomaten und Auberginen getestet. Später sollen diese gentechnisch veränderten Pflanzen Kleinbauern in vielen Regionen der Welt kostenfrei zur Verfügung gestellten werden, betonen die Forscher.

Tatsächlich könnten uns diese Pflanzen einen enormen Vorteil bringen um auch den steigenden Schwierigkeiten durch die Klimaerwärmung in der hiesigen Landwirtschaft begegnen zu können. Dennoch gilt zu bedenken: mehr Lebensmittel bedeuten nicht automatisch weniger Hunger. Wir produzieren schon heute genügend Lebensmittel um 10 Milliarden Menschen versorgen zu können, wahrscheinlich sogar mehr. Aber alleine durch unnötige Verschwendung während und nach der Lebensmittelproduktion, gehen jährlich über eine Milliarde Tonnen (!) an Essen verloren. In dieser Zahl ist noch nicht mal eingerechnet, dass 3,5 Milliarden Menschen mehr ernährt werden könnten, würden wir die mit angebauten Pflanzen produzierten Kalorien nicht an die Tierzucht verfüttern, sondern direkt selbst konsumieren. Wir müssen also sicher stellen, dass die mehr produzierte Nahrung auch dort ankommt wo sie gebraucht wird.

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