CO2-Anstieg fördert Virenbefall

Der CO₂-Gehalt unserer Atmosphäre wird bis zum Ende des Jahrhunderts um etwa 60 Prozent weiter ansteigen. Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass das nicht nur das Wachstum unserer Nahrungspflanzen beeinflussen wird, sondern auch ihre Anfälligkeit für einen Virenbefall.

In den letzten Jahrzehnten stieg der CO2-Gehalt der Atmosphäre immer weiter an. Eine Ursache sind durch Menschen verursachte Emissionen wie die Beheizung von Wohnungen, Industrie, Verkehr und Viehzucht. Die Weltbevölkerung wird weiter wachsen. Bereits in 35 Jahren sollen mehr als 9 Milliarden Menschen auf der Erde leben. All diese Menschen brauchen Nahrung, Kleidung, Wohnraum usw., was den CO₂-Gehalt weiter in die Höhe treiben wird. Die heute gegenwärtigen 400 μmol/ mol CO₂ in der Atmosphäre werden bis zum Ende des Jahrhunderts um 60 Prozent auf 650 μmol/mol CO₂ ansteigen. Welche Folgen wird das für unsere Landwirtschaft haben?

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Auswirkungen eines hohen CO2-Gehalts ambivalent

Zahlreiche wissenschaftliche Studien haben bereits untersucht, wie sich der Klimawandel und insbesondere der erhöhte CO₂-Gehalt auf die Pflanzen auswirken könnten. Bei gesunden Pflanzen kann ein Anstieg des CO₂-Gehalts sowohl positive als auch negative Folgen haben. Einige Studien zeigten, dass Pflanzen unter diesen Bedingungen besser wachsen und demnach die Ernten üppiger ausfallen könnten. Denn bei Pflanzen, die unter einem erhöhten CO₂-Gehalt aufwuchsen, ließen sich gesteigerte Photosyntheseraten nachweisen. Die Pflanzen nehmen die benötigte Menge CO2, den Rohstoff für die Photosynthese, besser auf und können ihre Stomata stärker geschlossen halten. So sind sie in der Lage, das Sonnenlicht, aber auch das Wasser, effektiver zu nutzen, denn geschlossene Stomata helfen, Wasser zu sparen.

Weniger Nährstoffe?

Mehr CO₂ in der Atmosphäre kann sich aber auch negativ auf unsere Flora auswirken, indem das Gas die Stoffwechselvorgänge in den Pflanzen verändert. Das kann passieren, wenn sich das Verhältnis von Kohlenstoff und Stickstoff durch höhere Wachstums- und Photosyntheseraten ändert. Dann nimmt der Gehalt an Stickstoff in den Blätter zu Gunsten des Kohlenstoffgehaltes ab. Ein erhöhter CO₂-Gehalt verändert auch den Proteingehalt von Getreide und sorgt möglicherweise dafür, dass unsere Nahrung weniger nahrhaft wird.

Wie steht es um die Anfälligkeit der Pflanzen?

Wie sich die Epidemiologie der bedeutendsten Pflanzenpathogenen unter erhöhtem CO₂-Gehalt entwickeln würde, ist noch nahezu unerforscht. In einer aktuellen Studie haben Wissenschaftler nun untersucht, wie sich ein erhöhter CO₂-Gehalt auf den Befall des Weizens (Triticum aestivum)mit ertragsrelevanten Viren auswirkt. Am Beispiel eines weltweit am weitesten verbreiteten Pflanzenvirus, der Gelbverzwergungsvirus, untersuchten die Forscher mögliche Auswirkungen.

Das Gelbverzwergungsvirus befällt vorwiegend Süßgräser und damit wichtige Getreidesorten wie Weizen, Gerste (Hordeum vulgare), oder Roggen (Secale Cereale). Die Infektion von Pflanzen erfolgt nicht direkt, sondern über Blattläuse, die das Virus in sich tragen. Saugen die Blattläuse an den Blättern einer Pflanze, wird dabei das Virus in das Phloem der Pflanzen übertragen und vermehrt sich.

Gezielter Virenbefall unter verschiedenen CO₂-Bedingungen

In ihrem Versuch teilten die Wissenschaftler 96 Pflanzen in zwei Gruppen auf. Die eine Hälfte zogen sie unter herkömmlichen CO₂-Bedingungen auf (400 μmol/ mol CO₂), die andere Gruppe unter den erwarteten 650 μmol/mol CO₂. Nach 10 Tagen setzten die Forscher auf jeweils einem Blatt von der Hälfte der Pflanzen Blattläuse aus, die mit dem Gelbverzwergungsvirus infiziert waren. Einen Monat später ernteten die Wissenschaftler die jungen Pflanzen und untersuchten ihren Virusbefall und den Schaden, den die Viren angerichtet hatten. Das Ergebnis: Der hohe CO₂-Gehalt hatte die Vermehrung des Gelbverzwergungsvirus in Weizen um 37 Prozent erhöht.

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Größere Blätter, mehr Viren?

Nun könnte man vermuten, dass die verstärkte Infektion einfach darauf zurückzuführen ist, dass Pflanzen unter hohem CO₂-Gehalt schneller wachsen und den Läusen somit mehr Blattfläche zur Verfügung steht, in der sich die Viren besser vermehren könnten. Das war aber in diesem Versuch nicht der Fall. Der CO₂-Gehalt hatte Größe und Gewicht der jungen Weizenpflanzen nämlich nur marginal erhöht. Dieses Phänomen wurde auch bereits von anderen Wissenschaftlern beobachtet, deren Weizenpflanzen unter erhöhten CO₂-Bedingungen erst in späteren Wachstumsphasen größer wurden als die Pflanzen, die unter normalen CO₂-Bedingugen aufwuchsen. Das nicht signifikant verbesserte Wachstum der jungen Weizenpflanzen in diesem Versuch korrelierte außerdem nicht mit dem Anstieg der Viren in diesen Pflanzen.

Welche Mechanismen hinter diesem Phänomen stehen, muss erst noch in weiteren Studien erforscht werden. Die Ergebnisse der Wissenschaftler deuten aber darauf hin, dass Weizen und möglicherweise auch andere wichtige Nahrungspflanzen mit steigendem CO₂-Gehalt in ihrer Schädlingsabwehr geschwächt und damit einem vermehrten Befall durch Viren ausgesetzt sein werden. In Anbetracht der wachsenden Weltbevölkerung und der damit verbundenen wachsenden Nachfrage nach Nahrungsmitteln müssen Wege gefunden werden, dieser Entwicklung gegenzusteuern und so die Lebensgrundlage der Menschen zu sichern.