Der Wert der Vielfalt

In Natur- wie in Agrarlandschaften schwindet die Biodiversität. Nicht nur für die Nahrungssicherheit könnte das gravierende Folgen haben. Pflanzenforschung.de versucht einen Gesamtüberblick zu geben.

Etwa 380.000 Pflanzenarten gibt es auf der Welt, schätzt die International Union for Conservation of Nature and Natural Resources. Das „Lehrbuch der Botanik an Hochschulen“ spricht sogar von einer halben Million beschriebener Pflanzenarten und geht von einer großen Zahl nicht erfasster Arten aus. Neuere Schätzungen sprechen zum Beispiel von 300.000 Samenpflanzen, die unsere Welt begrünen. Wie auch immer die tatsächliche Anzahl aussieht, sicher ist, dass aufgrund gefährdeter Lebensräume ein Fünftel aller Pflanzenarten vor dem Aussterben steht. Ursächlich für diese Bedrohung sind vor allem die Abholzung von Wäldern, die Trockenlegung von Feuchtgebieten sowie sich ausdehnende landwirtschaftliche Nutzflächen und Städte.

„Was soll’s?“, wird sich mancher fragen, viele der bedrohten Arten kennen wir gar nicht, wie sollen wir sie da vermissen? Überhaupt seien das Aussterben und die Neuentstehung von Arten feste Bestandteile der Erdgeschichte. Nicht zuletzt um solche irreführenden Einwände auszuräumen, bemühen sich Forscher seit Jahren, das Ausmaß der Artenvielfalt zu erfassen und ihren Wert zu quantifizieren.

Artenvielfalt ist Billionen Euro Wert

In einer riesigen Studie, dem „The Economics of Ecosystems and Biodiversity“-Bericht, kamen rund 500 Wissenschaftler zu dem Ergebnis, die Kosten der Naturzerstörung und der damit verbundene Artenschwund könnten schon bald in die Billionen gehen.

Insbesondere ärmere Menschen profitierten besonders von den Leistungen der Natur: Während beispielsweise in Brasilien nur sechs Prozent des gesamten Bruttoinlandsprodukts auf das Ökosystem zurückgingen, seien es eingegrenzt auf den einkommensschwachen Teil der dortigen Bevölkerung 89 Prozent.

Doch wer den ökonomischen Nutzen der Biodiversität ermittelt, stößt auf zwei Probleme: Zum einen gehen die Schätzungen weit auseinander, wie viele Arten es gibt. Die Hälfte aller Pflanzenarten lebt auf nur 2,3 Prozent der globalen Landfläche. Verändern sich diese sogenannten Hotspots der Biodiversität, wandelt sich auch die Zahl der Arten oft dramatisch. Zum anderen gibt es sehr viele Wirtschaftsbereiche, in die die Artenvielfalt hinein spielt. Längst weiß man, dass aus fernen Regionen eingeführte Arten ganze Ökosysteme durcheinander bringen können. Das gleiche könnte auch durch den Verlust einer Schlüsselart geschehen. Doch für verlässliche Prognosen sind die meisten Ökosysteme zu komplex.

Quelle für Heilmittel gegen Krebs

Offensichtlicher ist die Bedeutung der Artenvielfalt, wenn man das genetische Potenzial betrachtet, dass der Menschheit nutzen könnte. Die Pharmaindustrie hat Pflanzen längst als potente Quelle für medizinisch wirksame Substanzen entdeckt. Zugespitzt formuliert bedeutet daher jede Art, die verloren geht, eine Chance auf ein Heilmittel gegen Krebs weniger.

Es ist jedoch nicht nur die unergründete Vielfalt in der wilden Natur, von der der Mensch profitieren kann. Auch in der Landwirtschaft versprechen sich viele Forscher von der unerschlossenen genetischen Vielfalt großen Nutzen. Resistenzen gegen Schädlinge und Toleranzen gegen harsche Umweltbedingungen – all das findet sich in wilden Verwandten heutiger Agrarpflanzen; Potenzial, das nur darauf wartet, identifiziert und in Hochleistungssorten eingebracht zu werden.

Für das Auffinden potenziell interessanter Pflanzen gibt es seit einigen Jahren eine neue Methode: das an das Tilling angelehnte Ecotilling. Anstatt wie beim Tilling mittels Chemikalien Mutationen in Hochleistungslinien zu erzeugen und attraktive Mutationen zurückzukreuzen, durchsucht das Ecotilling die natürliche Vielfalt einer Art nach Variationen.

Welternährung hängt an sechs Pflanzenarten

Genetische Vielfalt ist zudem ein Schutz vor Schädlingen und Krankheiten: Heute hängen zwei Drittel der Welternährung von nur sechs Kulturpflanzenarten ab. Eine einzelne neu aufkommende Krankheit, die sich schnell ausbreitet, könnte große Teile der Ernten zerstören. In der Vergangenheit ist das durchaus schon geschehen. Je vielseitiger die angebauten Arten sind – und innerhalb der Arten die Sorten –, desto geringer fällt der Verlust durch einen einzelnen Schädling aus.

Die Annahme, hochgezüchtete Arten hätten eine schmale genetische Basis, ist dennoch nicht immer zutreffend. Forscher der Universität Wageningen konnten zeigen, dass oftmals das Gegenteil der Fall ist, weil in der modernen Züchtung regelmäßig exotisches Material eingekreuzt wird, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern. Genetische Vielfalt scheint vor allem beim Übergang von Landrassen zu kommerziellen Sorten verloren gegangen zu sein, danach jedoch nicht mehr.

Mischkulturen steigern den Ertrag

Längst nicht zu Ende erforscht ist auch das Potenzial der Mischkultur. Darin werden verschiedene Nutzpflanzenarten zusammen angebaut, die voneinander profitieren. Baut man beispielsweise Körnererbsen und Sommergerste auf diese Weise an, ist der kombinierte Kornertrag bis zu 20 Prozent höher als beim alleinigen Anbau der Gerste. Eine Mischkultur aus Lupinen und Sommergerste steigert den Ertrag sogar um gut 40 Prozent.

Doch nicht nur der Ertrag gewinnt durch die Mischkultur. Kombinieren Landwirte Linsen mit Gerste oder Hafer, steigt die Höhe der Linsen von 30 auf 50 Zentimeter und erleichtert die Ernte. Gleichzeitig sinkt das Anbaurisiko: In trockenen Jahren erntet der Landwirt besonders viele Linsen, in feuchten Jahren ist die Getreideernte um so besser. Schwierig an Mischkulturen kann allerdings der oftmals unterschiedliche Zeitpunkt der Reifung sein.

Ebenfalls auf positive Wechselwirkungen setzt die in Ostafrika populäre Push-Pull-Strategie: Dort leidet der Maisanbau unter dem Stengelbohrer, einem Verwandten des Maiszünslers. Pflanzen Landwirte jedoch das als Gründünger gebräuchliche Desmodium zwischen die Maisreihen, produziert es Duftstoffe, die den Stängelbohrer abstoßen. Zusätzlich unterdrückt Desmodium bestimmte Unkräuter wie das Hexenkraut. Den „Pull“-Teil der Strategie erledigt Napiergras, das um die Felder herum gepflanzt wird und mit Duftstoffen den Schädling anlockt. Frisst sich dessen Larve in den Stängel des Napiergrases, produziert dieses ein Sekret, das für den Stängelbohrer tödlich ist.

Gemessen daran, dass Mischkulturen schon bei den Maja – speziell die Kombination Kürbis, Mais und Bohne – bekannt waren, erstaunt es, wie wenig sich das Prinzip in der modernen Landwirtschaft etablieren konnte. Mit Sicherheit schlummern in der Vielfalt der Pflanzen noch zahlreiche, bislang unbekannte Kombinationsmöglichkeiten für eine bessere Nahrungsproduktion.

Neue Verwendungszwecke brauchen neue Arten

Dabei braucht es längst nicht immer die Kombination mehrerer Pflanzenarten. Schon die Geschichte des Mais zeigt, wie vielseitig eine Art sein kann: Seit er aus der Teosinte entwickelt wurde, war das Ziel der Landwirte, den Körnerertrag zu maximieren und die Wuchshöhe zu begrenzen, damit die Pflanze nicht unnötig viel Energie ins Wachstum steckt. Heute, wo Mais auch als Energiepflanze genutzt wird, geht es wieder um reine Biomasse, beispielsweise im Projekt GABI-ENERGY. Je höher der Wuchs, desto besser, lautet die neue Devise. Sechs Meter sind möglich, berichten Forscher der Universität Hohenheim.

Oder man besinnt sich darauf, dass die Kornreifung nicht erforderlich ist, wenn man es nur auf die Biomasse abgesehen hat. Die Anbauperiode ließe sich besser ausnutzen und hätte eine höhere Flächenproduktivität zur Folge. Am Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung in Müncheberg untersuchen Wissenschaftler um Hubert Wiggering diese Strategie.

Noch einen anderen Ansatz verfolgen Wissenschaftler der US-Universität Berkeley um Chris Somerville. Sie weisen darauf hin, dass die heutigen Agrarpflanzen über Jahrzehnte für die Nahrungsproduktion optimiert worden sind. Verfolgt man jedoch andere Ziele, zum Beispiel die Gewinnung von Bioenergie, sollte man die Biodiversität nach neuen Arten durchsuchen, die dafür besonders gute Anlagen mit sich bringen. Präriegräser sind beispielsweise ertragssicherer als Mais. Nach einigen Zuchtgenerationen könnten sie heutigen Arten überlegen sein, so die Hoffnung der Forscher.

Genbanken konservieren die Vielfalt

Besonderen Wert haben vor diesem Hintergrund Saatgut- und Genbanken. Tiefgekühlt lagern dort Samen und Gene von Sorten und Arten, die teilweise längst nicht mehr angebaut werden – oder im Fall wilder Arten vielleicht sogar schon ausgestorben sind. Etwa 1400 solcher Einrichtungen unterhalten die Staaten der Erde. Die größte Genbank, der Svalbard Global Seed Vault, entsteht zur Zeit im Permafrost der Insel Spitzbergen und soll Seuchen, Naturkatastrophen und sogar einen Atomkrieg überstehen können.

Fast immer, wenn Pflanzenforscher Eigenschaften einer Art verbessern wollen, durchsuchen sie dazu auch Bestände der Genbanken. Soll beispielsweise Weizen hitzeresistenter werden, gilt die Aufmerksamkeit Sorten, die aufgrund ihrer Herkunft diese Eigenschaft besitzen sollten. Ist das entsprechende Gen erst einmal identifiziert, kann es in etablierte Sorten eingebracht werden, die bereits auf andere wichtige Eigenschaften optimiert sind.

Entstehung neuer Arten

Arten sterben allerdings nicht nur aus. Kontinuierlich entwickeln sich auch neue Spezies, darauf beruht schließlich das Konzept der Evolution – auch, wenn dieser Prozess viel langsamer ist als das Verschwinden. Seit Charles Darwin Mitte des 19. Jahrhunderts seine ersten Theorien aufstellte, geht man davon aus, dass Arten vor allem entstehen, wenn eine Population räumlich aufgespalten wird, sei es, weil ein Teil fort wandert oder weil geologische Veränderungen zur Trennung führen. In jedem Fall finden beide Gruppenteile nun unterschiedliche Lebensbedingungen vor, sodass unterschiedliche Mutationen den größten Fitnessvorteil bedeuten.

Inzwischen weiß man um einen zweiten Mechanismus, der neue Arten hervorbringen kann: direkte Veränderungen innerhalb des Erbguts durch sogenannte Transposons. Dabei handelt es sich um kurze DNS-Abschnitte, die aufgrund ihrer Randsequenzen besonders leicht ihre Position im gesamten Erbgut wechseln können. Obendrein kodieren viele Transposons für ein Enzym, das ihre Beweglichkeit unterstützt.

Vermutlich gehen Transposons auf DNS zurück, die ursprünglich einmal von Retroviren in den Wirtsorganismus eingebracht wurde. Durch ihre hohe Mobilität können sie die Sequenz von Genen unterbrechen, wodurch die Gene meist unbrauchbar werden. Verschwindet das Transposon wieder, reaktiviert sich das Gen. Enthält das Transposon ein oder mehrere Gene, kann es vorkommen, dass diese an anderer Stelle im Genom anders reguliert werden und so ein anderes Eiweiß erzeugen. In seltenen Fällen entsteht durch die Verschiebung eines Transposons ein gänzlich neuer, funktionaler Abschnitt im Erbgut.

Zu verstehen, wie neue Arten entstehen, ist für Forscher auch deshalb so wichtig, weil es ihnen ermöglicht, diesen Prozess zu beschleunigen. Bislang beschränkt sich die aktive Nutzung der Biodiversität vor allem darauf, in Modellpflanzen Gene zu identifizieren, die für eine gewünschte Eigenschaft wichtig sind, diese Gene dann in Landrassen aufzuspüren und in Hochleistungslinien einzukreuzen.

Interaktion der Arten

Jünger ist das Feld der Interaktionen: Hier geht es darum zu untersuchen, wie Pflanzen und Nützlinge oder Schädlinge auf Proteinbasis miteinander wechselwirken. Lockt beispielsweise ein bestimmtes Duftmolekül der Pflanze den Fressfeind eines Schädlings an, könnte man versuchen, die Pflanze dazu zu bringen, mehr von diesem Duft zu produzieren – oder die Fähigkeit auf andere Arten übertragen. Benötigt ein Schädling ein bestimmtes Eiweiß der Pflanze, um seinen Angriff zu beginnen, könnten Forscher dieses Eiweiß verändern, sodass der Angriff ins Leere geht. Eines der Projekte, das daran arbeitet, ist GABI PROTECT.

Mit ein bisschen Phantasie erscheint das Potenzial der Artenvielfalt schier unendlich. Darin liegt auch die vielleicht größte Schwierigkeit, wenn die Forschung nach Wegen sucht, die Vielfalt zu nutzen: Selbst wenn man weiß, welche Eigenschaft man beeinflussen möchte, kann die Suche nach einer Art oder Sorte mit passenden genetischen Merkmalen der sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen gleichen. Beschleunigt würde diese Arbeit nur, indem möglichst viele Pflanzen genetisch erschlossen und die Bedeutung ihrer Gene entschlüsselt würden. Solange wir jedoch noch nicht in der Lage sind, den Schatz der Artenvielfalt gänzlich zu heben, besteht die Aufgabe unserer Generation darin, ihn zu bewachen und zu erhalten. Auch können wir heute nicht wissen, welche Eigenschaften und Kombination zukünftig gefordert sind.