Evolutionstheorie trifft Pflanzenzüchtung

Neuer Denkansatz für mehr Ertrag?

27.10.2017 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Forscher pflanzten verschiedene Weizenpflanzen in einem Feldversuch in China. (Bildquelle: © Jacob Weiner)
Die Forscher pflanzten verschiedene Weizenpflanzen in einem Feldversuch in China. (Bildquelle: © Jacob Weiner)

Forscher liefern Argumente dafür, dass es in der Pflanzenzüchtung sinnvoller sein kann, eine Gruppe und nicht einzelne Individuen zu selektieren.

Oft kann man erst aus einer Metaperspektive sein Handeln kritisch überprüfen. In der Pflanzenzüchtung stellt man sich beispielsweise selten die Frage, ob man tatsächlich nach den sinnvollsten Selektionsverfahren vorgeht. Genau das tut Professor Jacob Weiner von der Universität Kopenhagen und Kollegen. Sie repräsentieren einen noch jungen Forschungsansatz, den man „Evolutionäre Agrarökologie“ nennt. Es ist ein Versuch, ökologische und evolutionäre Theorien anzuwenden, um in der Landwirtschaft und Pflanzenzüchtung neue Wege zu gehen. Sie hinterfragen damit auch althergebrachte Pflanzenzüchtungsparadigma.

Eine neue Perspektive

In der Pflanzenzüchtung geht man gewöhnlich so vor, dass man einzelne Pflanzen mit den gewünschten Eigenschaften innerhalb einer Population selektiert, um neue Sorten zu entwickeln. Die „besten“ Pflanzen sind aber auch oft „Egoisten“ und verhalten sich dementsprechend wenig altruistisch, wenn es um Ressourcen geht. Sie konkurrieren hemmungslos mit ihren Nachbarn. Das führt aber auch dazu, dass die wettbewerbsfähigsten Pflanzen Energie in den Wettbewerb stecken, die dann an anderer Stelle fehlt. Das kann zum Beispiel die Entwicklung von Samen oder Früchten beeinträchtigen.

Teamplayer statt Egoisten

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Professor Weiner untersucht Weizenpflanzen im Gewächshaus. Er forscht in einem neuen Bereich, der „Evolutionäre Agrarökologie“ genannt wird.

Professor Weiner untersucht Weizenpflanzen im Gewächshaus. Er forscht in einem neuen Bereich, der „Evolutionäre Agrarökologie“ genannt wird.

Quelle: © Copenhagen University

Für Prof. Weiner ist es ein weitverbreitetes wissenschaftliches Missverständnis, dass die natürliche Selektion unvermeidlich dazu beiträgt, das Überleben zu sichern und die Leistung der Population bzw. der Art zu erhöhen: Viele molekularbiologische Daten deuten seiner Meinung nach darauf hin, dass natürliche Selektion oft Gene fördert, die die individuelle Fitness auf Kosten der Populationsleistung erhöht.

Daher sehen Evolutionäre Agrarökologen es als kritisch an, die individuelle Fitness von Pflanzen bei der Züchtung in den Mittelpunkt zu rücken. Sie sehen ungenutztes Potenzial bei der Auswahl von Eigenschaften, die den Gesamtertrag steigern, aber die individuelle Fitness der Pflanzen verringern. „Teamplayer“ sind also gefragt, denn in der landwirtschaftlichen Realität ist der Gesamtertrag einer Fläche entscheidend.

Weizen im Feldversuch

Um diese Hypothese zu testen, führte das Forschungsteam um Prof. Weiner ein Experiment mit Sommerweizen (Triticum aestivum) durch. Dafür wurden 35 verschiedene Weizensorten ausgewählt, die entweder in Monokulturen - Gruppen aus je einer einzigen Weizensorte - oder Mischkulturen - Gruppen aus Mischungen aller Sorten - in Feldparzellen in China angebaut wurden.

Individuelles Mittelmaß bringt der Gruppe den höchsten Ertrag

Sie verglichen anschließend den Populationsertrag in den verschiedenen Parzellen. Es zeigte sich, dass Monokulturen mit den wettbewerbsfähigsten Weizensorten nur mittelmäßige Erträge lieferten. Wohingegen weniger wettbewerbsfähige Sorten in Mischkulturen unter denselben Bedingungen um durchschnittlich 35 Prozent höhere Erträge hervorbrachten.

Lässt sich dieses Wissen in die praktische Pflanzenzüchtung integrieren?

Um landwirtschaftliche Produktionserträge zu steigern, kann es den Studienergebnissen zufolge also zielführender sein, sich im Züchtungsprozess auf die Gruppe zu fokussieren anstatt auf die Individuen. Denn in jeder Umwelt gibt es eine optimale individuelle und eine optimale kollektive Strategie. Diese können sich unterscheiden, wenn die Pflanzen untereinander konkurrieren, schreiben die Studienautoren. „Wir können nur besser als die natürliche Selektion sein, wenn wir versuchen, etwas zu tun, das die natürliche Selektion nicht tut, wie zum Beispiel, selbstlose Pflanzen zu züchten“, fasst Weiner zusammen.

Doch Konzepte der Gruppenselektion werden in der Wissenschaft kontrovers diskutiert. Auch sind die Ergebnisse der Studie nicht eins zu eins auf andere Nutzpflanzen übertragbar, da Weizen ein Selbstbefruchter ist und sich daher mit Blick auf seine Blühbiologie beispielsweise stark von anderen Getreiden wie Mais oder Roggen unterscheidet. Zudem verändert sich die Fitness mit den spezifischen Umweltbedingungen, also die Summe aller abiotischen sowie biotischen Einflüsse. Dennoch stärken die nun vorliegenden experimentellen Ergebnisse die Theorien der Evolutionären Agrarökologen. Ein Tor für neue Ansätze in der Pflanzenzüchtung öffnet sich gerade.

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