Kartoffel-Geschichten

Genanalysen klären die komplexe Historie der europäischen Kartoffel

03.07.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Der Ursprung der europäischen Kartoffel ist aufgeklärt: Sie stammt ursprünglich aus den Anden Perus und Chile. (Bildquelle: © Christos Giakkas/Pixabay/CC0)
Der Ursprung der europäischen Kartoffel ist aufgeklärt: Sie stammt ursprünglich aus den Anden Perus und Chile. (Bildquelle: © Christos Giakkas/Pixabay/CC0)

Kartoffeln sind beliebt – vor allem in Deutschland. Doch woher stammt diese nahrhafte Knolle eigentlich? In einer Studie rekonstruierten Forscher ihre Entwicklungsgeschichte. Die ersten europäischen Kartoffeln stammten demnach noch aus den nördlichen Anden. Ab dem späten 18. Jahrhundert kreuzten die Europäer chilenische Sorten ein. Anschließend erlebten die Ursprungssorten aus den Anden wieder eine Renaissance und wilde Kartoffelarten erweiterten das Erbgut. Bei dieser Aufklärung konnte sogar noch Charles Darwin einen wichtigen Beitrag leisten.

Nach Reis, Weizen und Mais ist die Kartoffel (Solanum tuberosum) weltweit das viertwichtigste Grundnahrungsmittel. Hierzulande ist sie aus der Küche nicht wegzudenken. Deutschland ist der sechstgrößte Kartoffelproduzent und der drittgrößte Kartoffelexporteur der Welt. Im Jahr 2018 wurden in Deutschland auf einer Fläche von rund 250.000 Hektar Kartoffeln angebaut und durchschnittlich rund 60 Kilogramm pro Person verspeist. Zum Vergleich: Nicht einmal sechs Kilogramm Reis aß jeder Deutsche im Schnitt.

Stammt die europäische Kartoffel aus den Anden oder Chile?

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Ein Exemplar der Kartoffel (Solanum tuberosum), die auf dem Chonos-Archipel in Chile von Charles Darwin während seiner Expedition auf der HMS Beagle gesammelt und konserviert wurde.

Quelle: © Cambridge University Herbarium

Die Kartoffel wurde im 16. Jahrhundert in Europa eingeführt – das erste bekannte Anbaugebiet lag in Spanien. Unumstritten ist, dass sie aus Südamerika kam. Doch woher genau? Da gingen die Meinungen auseinander: Die einen meinten, sie käme aus den äquatorialen Anden, die anderen vermuteten den Ursprung in Chile.

Das wollte ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen genauer wissen: Sie untersuchten dafür das Erbgut von 88 unterschiedlichen Kartoffel-Proben.

Hier kommt Darwin ins Spiel

Für die Genanalyse wurde DNA von historischen und modernen Kartoffeln sequenziert. Darunter waren auch Kartoffeln aus einer Sammlung von Charles Darwin. Die Proben hatte er im Jahr 1834 von seiner Expedition auf der „HMS Beagle“ nach Europa mitgebracht.

Die älteste stammt aus dem Jahr 1660 – sie wird im Sir Hans Sloane Herbarium des Londoner Naturhistorischen Museums aufbewahrt. Das Besondere daran: Es handelt sich dabei wohl um die älteste pflanzliche Probe überhaupt, deren Kern-DNA bisher entziffert werden konnte.

Erbgut zeigt Herkunft auf

Die Analysen ergaben, dass die ersten in Europa angebauten Kartoffeln aus den peruanischen Hochlagen der Anden nahe des Äquators stammten. Europäische Kartoffeln, die zwischen 1650 und 1750 gesammelt wurden, sind nah mit Landrassen aus den Anden verwandt.

In den Anden sind die Tage konstant kurz und die Kartoffeln wachsen hier das ganze Jahr hindurch. In Europa sind hingegen die Tage im Sommer lang und die Vegetationsperiode kurz. So konnten sich mit den ursprünglichen Kartoffeln nur im Spätherbst die nahrhaften Knollen entwickelten. Das machte ihren Anbau unattraktiv. „Die Knollen der ursprünglichen Kartoffelpflanzen aus den Anden Perus waren nach unserer heutigen Vorstellung sehr klein. In Streifen geschnittenen wären Pommes Frites kürzer als Streichhölzer entstanden“, beschreibt Erstautor Rafal Gutaker vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Für ihre Erfolgsgeschichte in Europa mussten sich die Kartoffeln erst noch an unsere Bedingungen anpassen.

Dann kamen die chilenischen Kartoffeln

Erst mit dem Einkreuzen von chilenischen Sorten im 18. und 19. Jahrhundert kam der Durchbruch – es war die Geburtsstunde der modernen europäischen Kartoffeln. Genetische Veränderungen machten das möglich. Die Forscher suchten Kandidatengene, die für die Anpassung an die längeren Tage gesorgt haben. Sie identifizierten Allel-Varianten des Gens CDF1 (CYCLING DOF FACTOR1).

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Die ersten Kartoffeln in Europa entwickelten zunächst nur im Spätherbst Knollen. In den Anden hatten sie sich an kurze Tageslängen angepasst. In Europa blieb den Knollen nur wenig Zeit zum Wachstum, bevor sie vom ersten Frost überrascht wurden. 

Die ersten Kartoffeln in Europa entwickelten zunächst nur im Spätherbst Knollen. In den Anden hatten sie sich an kurze Tageslängen angepasst. In Europa blieb den Knollen nur wenig Zeit zum Wachstum, bevor sie vom ersten Frost überrascht wurden. 

Quelle: © Alexei Hulsov/Pixabay/CC0

Doch diese genetischen Veränderungen kamen nicht aus den Anden, sondern finden sich erst ab dem Jahr 1810 im Genom der europäischen Kartoffeln. Das deckt sich zeitlich mit der Einfuhr chilenischer Sorten nach Europa. Es könnten allerdings auch zufällige Mutationen gewesen sein, die sich erst in Europa ins Erbgut geschlichen haben, mutmaßen die Forscher. Denn in den drei untersuchten chilenischen Proben waren die entscheidenden Allel-Varianten des Gens CDF1 nicht zu finden. Aufgrund der kleinen Probenzahl der verfügbaren historischen Pflanzen aus Chile können die Biologen das Entstehen dieser Genvarianten bereits in Chile aber nicht ausschließen.

Eine Hungersnot verändert alles

Schon Mitte des 19. Jahrhunderts war die Kartoffel in Europa beliebt. In Irland war sie damals sogar das landwirtschaftliche Haupterzeugnis. Doch dann breitete sich ab 1845 die Kraut- und Knollenfäule aus. Sie führte zur großen Hungersnot in Irland, bei der schätzungsweise eine Million Menschen verhungerten. Zwischen 1846 und 1891 erlebten die Ursprungssorten aus den Anden wieder eine Renaissance. Dies lässt vermuten, dass Bauern in dieser Zeit wieder zunehmend auf die alten Sorten zurückgegriffen haben. Um die Kartoffel gegen diese Krankheit widerstandsfähiger zu machen, wurden anschließend vermehrt wilde Kartoffelarten wie Solanum vernei und Solanum demissum eingekreuzt, wie die Genanalysen zeigen.

Historische Exemplare aus Herbarien waren der Schlüssel

Die Geschichte der Kartoffel ist entsprechend komplex und konnte erst durch die genetische Kartierung von über 350 Jahre alten Pflanzen aufgeklärt werden. „Es gibt nur wenige erhaltene Exemplare der ursprünglichen Kartoffelsorten aus Südamerika. Ohne die Sammlungen Charles Darwins wäre es uns unmöglich gewesen, auch die chilenischen Wurzeln unserer heute in Europa heimischen Kartoffelsorten zu bestimmen“, kommentiert Beverley Glover, Professorin an der Universität Cambridge und zugleich Kuratorin der Sammlungen Darwins. „Denn die heutigen chilenischen Kartoffelsorten sind den europäischen sehr ähnlich, und weichen stark von ihren chilenischen Ahnen ab, auch von denen aus den Sammlungen Charles Darwins.“

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