Weltraumgärtner im Reality-Check

Im Film der Marsianer pflanzt der Protagonist Kartoffeln auf dem roten Planeten an und sichert so sein Überleben. Was auf den ersten Blick unrealistisch erscheint ist jedoch durchaus wissenschaftlich plausibel, wie Forscherinnen und Forscher des International Potato Center (CIP) herausfanden.

Mark Whitney hat es vorgemacht. In Ridley Scotts 2015 erschienen Hollywood-Streifen „Der Marsianer“, beziehungsweise im gleichnamigen Buch von Andy Weir, strandet der Botaniker Whitney, alleingelassen von seiner Crew, auf dem roten Planeten. Fast gänzlich ohne Proviant ausgestattet stellt sich der Protagonist der Herausforderung wie er „Essen für drei Jahre anbauen kann, auf einem Planeten, auf dem nichts wächst“, wie er selbst beschreibt. Das Ende vorweg: Whitney überlebt, indem er mitgebrachte Kartoffeln (Solanum tuberosum) in einer Mischung aus Exkrementen, Mars-Erde und etwas mitgebrachtem Humus zieht. Das scheint selbst für den Protagonisten der sich etwas zynisch als den „beste Botaniker des Planeten“ bezeichnet, eine echte Meisterleistung.

Anbau wissenschaftlich plausibel?

Ist aber die Geschichte auch wissenschaftlich plausibel? Zumindest die Frage nach den Ernährungsgewohnheiten des Astronauten konnte nun das in Peru beheimatete International Potato Center (CIP) beantworten. Kartoffelpflanzen würden demnach mit Klima, Böden und Atmosphäre auf dem Mars zurechtkommen, wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mithilfe eines „proof of concept“, einen Machbarkeitsnachweis, bewiesen.

Zur Lösung der Frage bauten sich die Forscherinnen und Forscher eine Art Minimars auf, in dem sie die Nachtschattengewächse einpflanzten. Dieser Minimars befand sich in einem hermetisch abgeschlossenen Container. Darin erzeugten die Forscher die Bedingungen, wie sie auf dem Mars herrschen: Tag- und Nachttemperaturen, Druck, Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre. Der Versuch wurde von einer Kamera überwacht. Der verwendete Boden, in den die Kartoffeln gesetzt wurden, stammte aus der peruanischen Wüste La Joya und ist ähnlich trocken und salzig wie der Boden auf dem Mars.

Boden fehlen Nährstoffe

Damit Kartoffeln im kargen Boden gedeihen konnten, bedurfte es allerdings etwas irdischer Nachhilfe: Die Forschenden mussten, genau wie der Botaniker Whitney im Film, etwas Mutterboden und Dünger zugeben. Ohne die Zugaben fehlen dem marsartigen Boden die Konsistenz, die die Kartoffel für das Wachstum braucht, und die Nährstoffe. Kartoffeln eignen sich gut für solche Experimente, da ihre genetische Ausstattung es ihnen ermöglicht, sich an extreme Umweltbedingungen anpassen zu können.

Das benötigte Wasser gewinnt Whitney übrigens durch Spaltung des mitgebrachten Raketentreibstoff Hydrazin in Stickstoff und Wasserstoff. Das Letztere verbrennt er mit Sauerstoff zu Wasser. Auch dieser Teil der Geschichte erscheint wissenschaftlich korrekt, wenngleich mittlerweile durch die NASA der Beweis erbracht wurde, dass auch auf dem Mars Wasser in flüssiger Form vorkommt (NASA, 2015) und Whitney daher möglicherweise einfacher an das lebenswichtige Gut gekommen wäre.

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Nicht die Ersten

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des International Potato Centers sind allerdings nicht die ersten, die sich mit den Anbaumethoden von Mark Whitney beschäftigt haben. Bereits zum Filmstart im Jahr 2015 hat sich das Science Fiction Magazin „DieZukunft“ dem Thema gewidmet, wenn auch eher theoretisch. An der Universität Wageningen bauten Forscherinnen und Forscher erfolgreich Tomaten, Erbsen und Roggen auf einer Boden-Mischung an, die der des International Potato Center ähnelt.

Erkenntnisse für den irdischen Anbau

Warum aber sind die Ergebnisse des International Potato Center von Relevanz? Neben dem Unterhaltungswert und der Gewissheit, dass Menschen auf dem Mars nicht verhungern müssten, sind die Erkenntnisse der Wissenschaftler auch für den irdischen Anbau von Relevanz. So nähern sich die Forscherinnen und Forscher den Minimalbedingungen die Kartoffeln zum Überleben braucht an. Dabei geht es darum das vorhandene genetische Potenzial der Nutzpflanzen und ihrer verwandten Wildformen zu verstehen und zu nutzen. Dies hilft bei der Züchtung von Pflanzen für den Anbau in schwierigen Zonen. Nicht nur auf dem Mars, sondern auch und vor allem auf der Erde.

Ähnliche Forschungsprojekte gab und gibt es auch in Deutschland. Komplexe Merkmale von Nutzpflanzen wie die Resistenz gegen Pathogene im Feld oder die gezielte Veränderung von Inhaltsstoffen wie Stärke- , Vitamin- oder Zuckergehalte, werden durch viele Gene gleichzeitig plus die Umweltfaktoren bestimmt. Diese Gene zu identifizieren, stand im Mittelpunkt von Projekten wie GABI-CONQUEST oder GABI-CHIPS. Dabei sind die Arbeiten an der Kulturkartoffel alles andere als trivial. Mit ihrem tetraploiden Genom stellt die Kulturkartoffel eine große Herausforderung dar und wurden gemeistert. Dadurch wurde eine zuverlässige Diagnose und mit dieser eine gezielte Neukombination der besten Merkmals-Allele im tetraploiden Genom möglich. Diese bilden die Voraussetzung für die Präzisionszüchtung der Kartoffeln, die immerhin den vierten Platz unter den zehn weltweit wichtigsten Grundnahrungspflanzen einnimmt.

Neben der klassischen Züchtung wurde auch mit gentechnischen Methoden versucht, die Robustheit von Kartoffelpflanzen zu steigern. So forschte eine Gruppe unter Leitung von Forscherinnen und Forschern der Justus-Liebig Universität Giessen an einer verbesserten Stresstoleranz und Überdauerungsfähigkeit von gentechnisch veränderten Kartoffeln. Dabei stand unter anderem die Frage im Mittelpunkt, ob die Akkumulation von Fruktanen und leichtlöslichen Zuckern in den Knollen zu einer erhöhten Kältetoleranz und dadurch zu einer verbesserten Überwinterung der Kartoffel im Freiland führt.

Gravitropismus noch nicht berücksichtigt

Die Erkenntnisse der aktuellen Forschungsarbeit haben jedoch einen Schwachpunkt: Die verringerte Schwerkraft konnten sie nicht simulieren. Sie ist auf dem Mars etwa ein Drittel so groß wie auf der Erde. Jedoch ist dieser Faktor wichtig, da sich Pflanzen mithilfe des Gravitropismus orientieren. Die Organe einer Pflanze sind unterschiedlich stark durch die Gravitation beeinflusst. Diese Schwachstelle im Versuchsaufbau soll jedoch durch die Mission Eu-Cropis des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gelöst werden. Wir von Pflanzenforschung.de werden ein Auge auf die Mission haben und über die Ergebnisse berichten.