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Gepimpte Fotosynthese soll die Welternährung sichern

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Versuchsfelder der University of Illinois. Credit Photo by David Drag
Im Jahr 2050 wird die Welt 9,5 Milliarden Menschen ernähren müssen – das können die Erträge herkömmlicher Kulturpflanzen nicht leisten, warnen Forscher in einem aktuellen Report. Ihnen zufolge biete die grüne Gentechnik den aussichtsreichsten Weg aus der drohenden Katastrophe. Konkret: Die Fotosyntheseleistung der Kulturpflanzen müsse gezielt erhöht werden. Für dieses Konzept gibt es bereits vielversprechende Ansatzpunkte, berichten sie. Klar ist allerdings: Die Strategie wird auf Kritik stoßen.

Die Fotosynthese ist die Grundlage unseres Lebens: Die Energie unserer Nahrung haben wir letztlich der Fähigkeit von Pflanzen zu verdanken, aus Wasser, Kohlendioxid und Licht energiereiche Stoffe aufbauen zu können. Einige Arten eignen sich dabei für den Menschen besonders gut als Lieferanten der Kohlenhydrate, Zucker und Öle: Reis, Mais und Co versorgen den Menschen mit Nahrung und lassen seine Bevölkerungszahl nach wie vor steigen. Doch bald ist das Ende der Fahnenstange erreicht, warnen Stephen Long von der University of Illinois und seine Kollegen.

Ertragssteigerungen sind begrenzt

Die mit herkömmlichen Kulturpflanzen möglichen Ertragssteigerungen können mit dem prognostizierten Bevölkerungswachstum nicht mithalten, belegen die Forscher in einem Artikel im Wissenschaftsmagazin „Cell“. Demnach stehen zusätzliche Anbauflächen entweder nicht zur Verfügung oder würden nur neue Probleme aufwerfen. Außerdem seinen auch Ertragssteigerungen durch verbesserte Anbaumethoden wenig aussichtsreich, erklären die Forscher.

Als Lösung setzten Long und seine Kollegen auf die gentechnische Verbesserung der Fotosyntheseleistung der Kulturpflanzen. Dafür sei die Zeit nun reif, meint Long. „Wir kennen bereits genau jeden Schritt des Fotosynthese-Verfahrens von wichtigen Kulturpflanzen wie Soja und Mais“, so Long. Dem Forscher zufolge bieten diese natürlichen Systeme Möglichkeiten zur Optimierung: „Uns stehen nun computertechnische Möglichkeiten zur Modellierung der Fotosynthese zur Verfügung, welche die limitierenden Punkte aufzeigen. Die Gentechnik kann dann helfen, diese zu umgehen“, sagt der Wissenschaftler.

An der Fotosyntheseleistung lässt sich drehen

Sein Team kann bereits Erfolge auf diesem Gebiet präsentieren. Die Forscher übertrugen ein Gen aus Cyanobakterien auf Kulturpflanzen und konnten dadurch deren Leistung tatsächlich steigern: „Das Gen erhöht die Fotosyntheserate um 30 Prozent“, berichtet Long. Fotosynthetische Mikroben bieten vor allem deshalb Möglichkeiten zur Optimierung, weil sie Farbstoffe für die Fotosynthese nutzen, die mehr Anteile des Sonnenspektrums erfassen als die Pigmente der höheren Pflanzen. Würde man Kulturpflanzen mit diesen Farbstoffen ausrüsten, so könnten sie dem Sonnenlicht mehr Energie entnehmen.

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Ein weiteres Beispiel für einen Ansatz zur Optimierung der Fotosyntheseleistung sei die Veränderung der Lichtdurchlässigkeit der Blätter, sagen die Forscher. Ihnen zufolge gibt es Hinweise darauf, dass die fotosynthetische Gesamtleistung deutlich steigen würde, wenn es gelingt, die oberen Blätter von Kulturpflanzen etwas transparenter zu machen, damit tieferliegende mehr Licht einfangen können. „Das nächste Ziel sollte nun eine Computer-Modellpflanze sein, an der man solche komplexen biologischen Wechselwirkungen simulieren kann“, sagt Co-Autorin Amy Marshall-Colon.

Sind gepimpte Pflanzen die Lösung?

Auf dem Weg zum Ziel der Forscher seien nun noch viele wissenschaftliche, aber auch politische und gesellschaftliche Hürden zu nehmen, sagt Long. Er und seine Kollegen sind allerdings davon überzeugt, dass man nun mit der Arbeit beginnen müsse. „Wenn wir heute einen Durchbruch erreichen, wird sich der vermutlich erst in 15 Jahren auf die Felder auswirken“, so Long. „Wir müssen uns heute um das kümmern, was wir in 30 Jahren brauchen werden“, meint der Wissenschaftler. Doch sind gepimpte Pflanzen wirklich die beste Strategie für die Lösung der Ernährungsprobleme der Menschheit? Die Antwort sei hier dahingestellt. Klar ist: Das Konzept wird sicherlich bei vielen Menschen auf Ablehnung stoßen.

Quellen

© wissenschaft.de – Martin Vieweg
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