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For the first time in modern history governments of middle-income nations are investing more than those of high-income ones. The analysed data also suggest that, globally, private-sector spending on AgR&D is catching up with public-sector spending. Meanwhile, the gap between spending by high-income and low-income countries is widening.

Investments in R&D are inextricably intertwined with growth in agricultural productivity and food supplies. Today's R&D investment decisions will cast shadows forward to 2050 and beyond, making the reported trends especially significant for the future of food production.

Der Deutsche Umweltpreis wird seit 1993 jährlich von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) verliehen. Mit einem Preisgeld von insgesamt 500.000 Euro ist es die höchstdotierte Auszeichnung Europas dieser Art. Damit werden Engagement und Leistungen geehrt, die in besonderer Weise zum Schutz und zur nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen beitragen. In diesem Jahr geht die Auszeichnung an zwei Beton-Recycling-Experten, die Cottbusser Wissenschaftlerin Angelika Mettke und den Kirchheimer Unternehmer Walter Feeß sowie den Amsterdamer Fairphone-Gründer Bas van Abel.

Vorreiter für verantwortungsvolle Ressourcennutzung

„Wir brauchen kreative Wegbereiter, die uns zeigen, wie wir einen Wandel erreichen können. Denn die Belastungsgrenzen der Erde sind schon jetzt strapaziert“, betont DBU-Generalsekretär Heinrich Bottermann. Die diesjährigen Preisträger sind der Jury zufolge in ihren Branchen jeweils Vorreiter für eine verantwortungsvolle Nutzung wertvoller begrenzten Ressourcen. Während van Abel in der Informations- und Kommunikationsbranche neue Wege geht, um dem drastischen Verbrauch von Handys und Smartphones entgegen zu treten, würden Mettke und Feeß den Einsatz von wiederverwertbaren Betonteilen und Recycling-Beton vorantreiben, heißt es. In beiden Branchen, so DBU-Chef Bottermann, würde der Abbau der dafür erforderlichen Rohstoffe flächendeckend wertvolle Lebensräume zerstören.

Altbeton aus Abbruchbauten

Für Beton, als der Baustoff des 20.Jahrhunderts, werden Schotter und Kies in großen Gruben abgebaut. Es verbleiben karge Landschaften, die aufwendig renaturisiert werden müssen und in der Regel für Land- und Forstwirtschaft verloren sind. Mit Angelika Mettke und Walter Feeß ehrt die Jury nicht nur zwei Vorbilder, sondern auch Vorreiter einer ganzen Branche. Sie hätten es geschafft, Beton, auf „bemerkenswerte Weise“ umweltverträglicher zu machen. „Sie haben eingefahrene Strukturen in der Rohstoffwirtschaft durchbrochen und dem Grundsatz ‚Verwerten vor Deponieren‘ eine neue Qualität verliehen, so die Jury. „Altbeton aus Abbruch-Bauten für Recycling-Beton zu verwenden, ist ein wichtiges Standbein, um den Flächenverbrauch einzudämmen und Deponien zu entlasten“, so Bottermann.

Rohstoffverbrauch in nachhaltige Bahnen gelenkt

Mit ihrem Engagement hätten es die beiden Preisträger geschafft, den Rohstoffverbrauch in nachhaltige Bahnen zu lenken. So habe Mettke mit Ihrer Forschung gezeigt, , dass Häuser aus gebrauchten Betonplatten Neubauten in Qualität, Komfort oder Sicherheit in nichts nachstehen, so die Jury. Freeshin gegen hat ein Verfahren entwickelt, bei dem Altbeton geschreddert und zu kleinteiligem Material –zur sogenannten rezyklierten Gesteinskörnung – verarbeitet wird und im Austausch gegen neu abgebauten Kies oder anderes mineralisches Material anteilig in den Frischbeton eingearbeitet wird.

Fairphone-Strategie geeehrt

Mit Bas von Abel würdigt die Jury einen Jungunternehmer aus den Niederlanden, dessen Ziel es ist, ein „ethisch vertretbares Smartphone mit möglichst geringem Schaden für die Umwelt und ohne Ausbeutung von Menschen herzustellen“ und dabei zugleich die „zugehörigen Produktionssysteme transparent und Probleme sichtbar zu machen“. Bereits heute gibt es mehr Handys und Smartphons als Menschen auf der Welt leben. In diesen Mini-Computern stecken wertvolle und seltene Rohstoffe, deren Abbau meist zu Lasten von Umwelt und Menschen geht. Mit „Fairphone“ setzt der Amsterdamer Unternehmer ein Zeichen, dass es selbst in einer so dynamischen Branche wie dem Kommunikations- und Informatikgeschäft, auch nachhaltige Lösungen gibt.

Beim Fairphone lassen sich Einzelbauteile wie Display, Kamera und Akku bequem austauschen, so dass Rohmaterialien durch längere Lebenszyklen geschont und Kreisläufe zum Beispiel durch Recycling geschlossen werden können.  „Für die gesamte Wertschöpfungskette hat Fairphone Strategien entwickelt, um die derzeit vorherrschenden Bedingungen zu verbessern“, sagt Bottermann. Der Deutsche Umweltpreis wird am 30. Oktober in Würzburg von Bundespräsident Joachim Gauck verliehen.

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70 Prozent der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt. Die Meere sind nicht nur ein beliebter Erholungsort. Sie dienen dem Menschen vor allem als Nahrungs- und Energiequelle. Doch das Ökosystem Meer ist durch Müll, Überfischung und Klimawandel bedroht. Die Bundesregierung hat daher die Welt der Meere auch zum Thema des Wissenschaftsjahres 2016/2017 gemacht und zugleich mit MARE:N ein Milliardenschweres Förderprogramm zur Meeresforschung neu aufgelegt

Helmholtz bündelt Meeresforschung

Unter dem Dach der Helmholtz-Gemeinschaft entsteht nun im kommenden Jahr in Oldenburg das neue Helmholtz-Institut für Funktionelle Marine Biodiversität. Hier werden künftig Experten der Universität Oldenburg und das Bremerhavener Alfred-Wegener-Institut (AWI) ihre Expertisen bündeln und die Forschung auf dem Feld der Meeresbiologie vorantreiben.

„Wir freuen uns sehr, dass wir mit dem neuen Helmholtz-Institut die Erforschung der Auswirkungen des globalen Wandels auf die Meereslebewelt auf ein neues Level heben können“, sagt AWI-Direktorin Karin Lochte. Und der Präsident der Universität Oldenburg, Hans Michael Piper betont: „Mit dem Bündeln der hervorragenden Expertise unserer Wissenschaftler erreichen wir eine einmalige Schwerpunktsetzung in der marinen Biodiversitätsforschung mit nationaler und internationaler Strahlkraft“.

Ökosystem Meer analysieren

Wie beeinflussen Mensch und Klimawandel das Ökosystem der Meere?  Und welche Konsequenzen entstehen daraus für Funktion und Leistung mariner Ökosysteme? Diese und weitere Fragen stehen im Fokus der Forschung am künftigen Helmholz-Institut in Oldenburg. Die Wissenschaftler von AWI und Hochschule kooperieren bereits seit Langem erfolgreich auf diesem Forschungsfeld. Das neue Institut ermöglicht es ihnen nun, wesentliche Aspekte der Biodiversität gemeinsam zu erforschen – von der Genetik einzelner Meerestiere, Algen und Bakterien bis hin zur Funktionsanalyse eines ganzen Ökosystems.

Neue Konzepte für marinen Naturschutz

Der Oldenburger Biodiversitätsexperte und künftige Institutsdirektor Helmut Hillebrand weiß, welche Hürden gemeistert werden müssen. „Wie können wir unsere marine Umwelt wirksam schützen, obgleich viele dort lebende Arten mobil und die Gebiete ohnehin meist keiner Nation zugehörig sind? Das ist nur eine der Herausforderungen des marinen Naturschutzes, bei der wir noch am Anfang stehen und für die wir Konzepte entwickeln wollen“.

Niedersachsen finanziert Institutsneubau

Das Land Niedersachsen wird sich mit insgesamt 23 Millionen Euro an der Errichtung des neuen Instituts beteiligen. Das Geld soll vor allem in den Neubau fließen, der bis 2020 fertig sein soll. Danach soll sich das Institut fast ausschließlich über die Helmholtz-Gemeinschaft getragen und auch für externe Forschungspartner offen sein. Mit der Forschungsarbeit können die Wissenschaftler jedoch bereits im kommenden Jahr loslegen. „Da wir unsere Forschungsstrategie bereits konkret ausgearbeitet haben, können wir 2017 direkt in die wissenschaftliche Arbeit einsteigen, sagt AWI-Biologe Thomas Brey.

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Bessere Halt- und Bruchfestigkeit

Fällt das Handy, splittert häufig das Display. Mit diesem Problem hat sich der japanische Hersteller von Mobiltelefonen beschäftigt und das erste Handy mit biobasiertem Kunststoff-Touchscreen hergestellt. Der Weg dorthin war jedoch nicht einfach. Zwar gab es zahlreiche transparente Kunststoffe als Ersatz für das bislang verwendete Glas, diese waren allerdings nicht widerstandsfähig genug, um das Glasdisplay zu ersetzen. Diese Kunststoffe waren zwar stoß- und kratzfest, aber nicht ausreichend transparent oder lichtstabil. Die Lösung ist ein biobasierter Kunststoff, ein Isosorbid, das chemisch aus Zucker hergestellt wird.

Ein biobasierter Kunststoff

Durabio ist ein biobasierter Kunststoff der Firma Mitsubishi Chemical Corporation, der aus pflanzlichen Isosorbiden stammt. Seine Vorteile gegenüber konventionellen Polycarbonaten sind besondere Hitzebeständigkeit, Stoßfestigkeit, Transparenz und geringe optischen Verzerrung. Durch die bessere Stoßfestigkeit wird auch eine längere Lebensdauer bei den Geräten erhofft.

Marktreife

Ein Smartphone der Sharp Corporation ist bereits auf dem Markt.

Better grip and breaking resistance

If a mobile phone is dropped, the display often shatters. The Japanese manufacturer of mobile phones has dealt with this problem and produced the first mobile phone with a bio-based plastic touchscreen. However, getting there wasn’t easy. Although there have been numerous transparent plastics to substitute the glass to date, these were not, however, strong enough to replace the glass display. These plastics were indeed impact and scratch resistant, but not sufficiently transparent or stable. The solution is a bio-based plastic, an isosorbide, which is produced chemically from sugar. 

A bio-based plastic

Durabio is a bio-based plastic, which stems from the plant-based isosorbide and made by Mitsubishi Chemical Corporation. Its advantages over conventional polycarbonates are heat resistance, impact resistance, transparency and low optical distortion. Due to better impact resistance, the manufacturers expect the new devices to be more durable.

Ready for the market

A smartphone from the Sharp Corporation is already on the market.

Waldrodungen und Klimawandel setzen das Ökosystem Wald zunehmend unter Druck. Nicht nur der Lebensraum vieler Tiere ist gefährdet.  Auch sein Potenzial als Sauerstoffspender und CO2-Killer ist bedroht. Nun offenbart eine umfassende internationale Studie, wie positiv die Biodiversität die Produktivität der Wälder weltweit beeinflusst. Für die im Fachjournal „Science“ erschienene Untersuchung, an der auch Forscher der Technischen Universität München (TUM) beteiligt waren, wurden rund 30 Millionen Bäume, darunter 8.700 Baumarten von Mangroven über Bäume in tropischen Feuchtwäldern, Mitteleuropa, Tundren und Trockensavannen bis hin zu Hölzern in mediterranen Wäldern erfasst. Mehr als 770.000 Probeflächen aus 44 Ländern wurden ausgewertet. „Es wurde ein immenser Datenumfang zu Biodiversität und Produktivität aus fast 50 Ländern weltweit verarbeitet, was in diesem Wissenschaftsfeld noch keiner gemacht hat“, betont Mitautor Hans Pretzsch vom Lehrstuhl für Waldwachstumskunde der TUM.

Ökosystem Wald besser verstehen

Die Studie ist die erste große Arbeit des noch jungen Netzwerkes Global Forest Biodiversity Initiative (GFBI), das erst in diesem Jahr gegründet wurde. Die internationale und fachübergreifende Forschungsgruppe will damit das Verständnis der Zusammenhänge der großen bewaldeten Ökosysteme der Erde verbessern. Die GFBI-Studie beinhaltet die wichtigsten Waldökosysteme der Erde. Sie zeigt: Ein Artenrückgang führt zu massiven Einschnitten bei der Produktivität der Wälder. Aber nicht nur das. Wälder mit verschiedenen Holzarten wie Mischwälder aus Buchen und Kiefern, können neben vielen ökologischen und sozialen Vorteilen auch deutlich höhere Holzzuwächse  erbringen. „Die Inventuren und Versuchsflächendaten von über 150 Jahren zeigen, wie die Holzzuwächse parallel zur Artenanzahl zurückgehen und wie sie bei der Umwandlung von Waldmonokulturen hin zu Mischbeständen wieder ansteigen können“, erklärt Pretsch.

In den 1950iger und 1960iger Jahren wurden auch in Deutschland viele Mischwälder in Monokulturen umgewandelt. Diese Strategie gehört der Vergangenheit an. „Inzwischen ist in den Waldbaurichtlinien vieler Länder festgeschrieben, dass sich Bestände möglichst immer aus zwei oder drei Arten aufbauen sollten“, erklärt Pretsch. In Umsetzung der „Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt  - NBS“ fördert die Bundesregierung bereits seit 2007 Innovationen zum Schutz und einer nachhaltigen Entwicklung der Biodiversität. Vor knapp einem Jahr wurde das 3,2 Mio. Euro schwere Verbundprojekt „BioHolz“ gestartet, wo nach neuen Wegen für eine nachhaltige Waldnutzung gesucht wird.

Milliardenschaden durch Artenverlust

Wie hoch der Verlust für die Waldwirtschaft bei weiter schwindender Artenvielfalt wäre, zeigt die Studie ebenfalls: Die Autoren rechnen damit, dass bei einer Artenverarmung von 99 Prozent auch der Ertrag sinkt, was einem Wertverlust von 166 bis rund 490 Mrd. US-Dollar pro Jahr entsprechen würde. Damit würden die Verluste die weltweiten jährlichen Aufwendungen zum Erhalt der Biodiversität um das Doppelte überragen. Dazu wäre der Verlust der genetischen Vielfalt sowie der Schutz- und Erholungsfunktionen noch wesentlich größer, als die zu erwartende verminderte Holzproduktion.

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Rosmarin zählt wegen des kräftigen Aromas zu den beliebtesten Küchenkräutern. Verantwortlich für den prägnanten Geschmack ist der Pflanzenstoff Carnosinsäure, der auch in Salbeiblättern enthalten ist. Aber nicht nur als Aromastoff ist Carnosinsäure begehrt. Der Pflanzenstoff wird vor allem in Fleischprodukten, Ölen, Fetten, Saucen und Tierfutter als natürliches Antioxidationsmittel geschätzt, um Produkte länger haltbar zu machen. Auch die Pharmaindustrie nutzt den Pflanzenstoff als Basis für bioaktive Substanzen, die gegen Entzündungen, Krebs und neurodegenerative Erkrankungen wirken.

Gewinnung aus Pflanzen aufwendig

Auf Grund dieser Eigenschaften wird Carnosinsäure weltweit immer beliebter. Bislang wird die Substanz jedoch aus getrockneten Rosmarin- und Salbeiblättern gewonnen. Doch die Ausbeute ist gering. Um die Produktion des Antioxidationsmittels im Industriemaßstab zu gewährleisten, wären größere Mengen der begehrten Küchenkräuter erforderlich. Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) haben die Lösung für das Problem gefunden.Wie das Team um den Hallenser Pflanzenforscher Alain Tissier im Fachjournal „Nature Communications“ berichtet, gelang es ihnen, das Antioxidationsmittel auf biotechnologische Weise herzustellen. Dabei dienten ihnen Hefen als Zellfabriken. Zunächst mussten die Forscher jedoch den Mechanismus der Biosynthese von Carnosinsäure in der Pflanze aufklären.

Pflanzliche Biosynthesekette aufgeklärt und übertragen

Im Rahmen der Studie fand das Team buchstäblich das lang gesuchte letzte Puzzleteil. Denn die Biosynthese von Carnosinsäure innerhalb der Pflanze verläuft in mehreren Reaktionsschritten, die von unterschiedlichen Enzymen katalysiert werden. Wie die Hallenser Leibniz-Forscher berichten, fanden sie nun jenes, bislang unbekannte Enzym, das den letzten Schritt der Reaktionskette katalysiert. Zugleich entdeckten sie ein zusätzliches, bisher unbekanntes Zwischenprodukt und neue Enzyme. Nachdem die Lücke in der Reaktionskette nun geschlossen war, konnte das Team die Gene, die für die entsprechenden Enzyme kodieren, in Hefezellen einzuschleusen. So ließ sich der Stoffwechsel der Hefen umprogrammieren, die Zellen stellen fortan Carnosinsäure her. Damit haben die Pflanzenforschern aus Halle die erste Etappe auf dem Weg zur biotechnologischer und damit von Klimaschwankungen, Bodenqualität und Ernteerträgen unabhängigen Herstellung des Antioxidationsmittels Carnosinsäure gemeistert.

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Der Begriff "Nachhaltigkeit" wird oft verwendet, aber er ist wenig griffig. Doch wie vermittelt man das komplexe Thema frühzeitig - etwa in der Schule? Nun haben Umweltforscher und Biodidaktiker ein Computerspiel entwickelt, das Lehrern helfen soll, das Thema Nachhaltigkeit in der Klasse spielerisch zu vermitteln.

Nachhaltige Landnutzung spielend vermitteln

Das neue Lehrmaterial beinhaltet zum einen das Online-Spiel „LandsYOUs“, das als Serious Game den Schülern eine nachhaltige Landnutzung nahe bringen soll. Als Begleitmaterial gibt es eine 16-seitige Broschüre, die Lehrkräften konkrete Anregungen gibt, wie sie mithilfe des Spieles eine bis zu vierstündige Unterrichtseinheit aufbauen können.

Die Unterrichtshilfen wurden im Rahmen der vom Bundesforschungsministerium geförderten Maßnahme „Nachhaltiges Landmanagment“  vom Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) gemeinsam mit dem Klett Mint Verlag entwickelt. Es richtet sich an Schüler ab der neunten Klasse und ist ab sofort beim Verlag abrufbar. „Mit dem Online-Spiel und den Arbeitsmaterialien können Lehrer auf spielerische Art und Weise das sehr komplexe Thema Nachhaltigkeit aufgreifen und es für Schüler besser begreifbar machen“, betont Claudia Conrady vom Verlag Klett Mint und verweist dabei auf die Anknüpfungsmöglichkeiten in Fächern wie Geografie, Biologie, Sozialkunde oder Ethik.

Humpelnde Kühe, kaputte Klauen, entzündete Euter – diese Diagnosen zählen zu den gefürchteten Erkrankungen in Milchviehbetrieben. Leider gehören sie zum Alltag der Milchhöfe, in denen Tiere kontinuierlich Höchstleistung bringen müssen und in denen bisweilen übermäßig Antibiotika eingesetzt werden. Agrarexperten wie auch die Verbraucher setzen daher Hoffnungen in die ökologische Tierhaltung, die mit ihren deutlich besseren Haltungsstandards – etwa mehr Platz und Auslauf – der Gesundheit und dem Wohlbefinden der Kühe eigentlich zugutekommen sollte.

Ernüchternd hoher Krankenstand

Doch gerade mit diesem Bild hat das kürzlich zu Ende gegangene EU-Projekt „IMPRO“ aufgeräumt. Das von dem Tiermediziner Albert Sundrum von der Universität Kassel geleitete Projekt hat ernüchternde Erkenntnisse zutage gefördert: „Die Erkrankungsraten auf ökologischen Milchviehbetrieben sind genauso hoch wie in der konventionellen Haltung“, sagt Susanne Hoischen-Taubner im Gespräch mit bioökonomie.de. Die Agrarwissenschaftlerin hat das EU-Konsortium zusammen mit Sundrum koordiniert.

Zu dem internationalen Forscherkonsortium gehörten Partner aus Frankreich, Schweden, Niederlande, Spanien und Großbritannien. In dem mit 3,2 Mio. Euro geförderten EU-Projekt wurde gezielt untersucht, wie sich die ökologische Milchviehhaltung auf die Tiergesundheit auswirkt. Über den Zeitraum von einem Jahr haben die Agrarforscher dazu das Auftreten bestimmter Produktionserkrankungen auf mehr als 200 Öko-Betrieben in Deutschland, Frankreich, Schweden und Spanien analysiert. „Produktionserkrankungen sind so etwas wie die Berufskrankheiten der Milchkühe, dazu zählen etwa Lahmheit oder entzündete Euter“, erläutert Hoischen-Taubner. „Für diese Erkrankungen gilt aber auch: Sie sind beeinflussbar durch das Betriebsmanagement“.

Der Schlüssel liegt in der Betriebsführung

Bemerkenswert seien die enormen Unterschiede zwischen den untersuchten Öko-Betrieben, sagt die Kasseler Wissenschaftlerin. Sie ließen sich weder durch regionale Gegebenheiten noch durch die Betriebsgröße erklären. „Vielmehr sind Erkrankungsraten zuallererst das Ergebnis einer suboptimalen Betriebsführung“, so die Forscher. Vielen Betrieben fehle der Anreiz, Zeit und Geld in die Verbesserung der Gesundheitssituation zu investieren. Denn alle Lieferanten einer Molkerei erhalten – trotz sehr unterschiedlicher Gesundheitsleistungen - den gleichen „Premium-Preis“ für ihre Bio-Milch. Auch können die Kosten für Verbesserungen der Tiergesundheit die Ausfallkosten durch Erkrankungen übersteigen. „Eine unfaire Wettbewerbssituation“, konstatieren die Forscher. Durch die gesetzlich verankerten Regelungen sollte diese ja eigentlich unterbunden werden.

Analyse-Werkzeuge für die Ökobetriebe entwickelt

Im Rahmen des EU-Projektes wurden mehrere Werkzeuge entwickelt, mit deren Hilfe die Öko-Landwirte Produktionskrankheiten ihrer Milchkühe angepasst an die jeweilige betriebliche Situation möglichst effektiv und kostengünstig reduzieren können. Dazu wurden betriebswirtschaftliche Faktoren untersucht und in ein Softwareprogramm für eine vereinfachte Durchführung von Kosten-Nutzen-Analysen verarbeitet. Hoischen-Taubner: „Die Tierarzt- und Medikamentenkosten sind für die Landwirte nicht bedeutend. Relevant sind dagegen die Verluste durch geringere Milchleistung kranker Kühe oder deren vorzeitiger Schlachtung.“

Im Verlaufe des Projekts habe sich gezeigt, dass viele Landwirte, aber auch ihre Berater, diese Kosten unterschätzten. Mit dem Computerprogramm können interessierte Öko-Landwirte nun künftig besser kalkulieren. „Unsere Software beinhaltet auch ein Tool, das Öko-Milchbauern zeigt, welche vorbeugenden Maßnahmen sich in ihrem Betrieb wirtschaftlich am ehesten rentieren.“ 

Flächendeckende Erfassung gefordert

Für die Kassler Agrarforscher ergibt sich aus ihren Ergebnissen klarer Handlungsbedarf: Sie fordern eine flächendeckende Erfassung von ausgewählten Produktionskrankheiten in Ökobetrieben. Zudem sollten konkrete Zielvorgaben abgesteckt werden, an denen sich alle Beteiligten orientieren können, um die unbefriedigende Situation in der Öko-Milchwirtschaft zu verbessern.

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Überschwemmungen und Trockenheit machen der Landwirtschaft weltweit zunehmend zu schaffen. Die Suche nach resistenten Pflanzen, die den Umwelteinflüssen trotzen, steht daher seit Langem im Fokus der Forschung. „Dafür brauchen wir ein besseres Verständnis wichtiger Kulturpflanzen, wie Reis, der als weltweit wichtigste Nahrungsquelle gilt“, erklärt Michael Riemann aus der Arbeitsgruppe Molekulare Zellbiologie am Botanischen Institut des KIT. Am Karlsruher Institut für Technologie haben daher Biologen um Riemann gemeinsam mit Informatikern ein System kreiert, dass die Basis für die Züchtung neuer Pflanzensorten unterstützen soll. Das System Risegran - Rice Seedlings Growth Analysis-System- entstand gemeinsam mit dem Startup da-cons, um das Wachstum von Reiskeimlingen zu analysieren – und zwar mithilfe einer Kamera.

Lichteffekt auf Keimlinge messen

Bei dem System handelt es sich um eine 50 mal 50 Zentimeter große Box, die im Innern von 20 Infrarot-LEDs beleuchtet wird.  In dem ansonsten lichtundurchdringlichen Kasten werden die Reissamen in einer abgedichteten Platte in Wasseragar, einem transparenten Nährboden, der gleichzeitig die Keimlinge mit Wasser versorgt, zunächst im Dunkeln aufgezogen. Die Anzucht im Dunkeln soll die Keimlinge besonders lichtempfindlich machen, so dass der Effekt von Licht messbar wird.  Eine in die Wand eingebaute Kamera dokumentiert stündlich das Pflanzenwachstum. „Die Keimlinge ändern ihr Aussehen komplett, je nachdem, ob sie im Licht oder im Dunkeln wachsen. Das System soll die Pflanzen aber nur beobachten und nicht beeinflussen. Deshalb ist die Box so konstruiert, dass kein sichtbares Licht auf die Keimlinge fällt“, erklärt Riemann.

Die von der Kamera aufgezeichneten Bilder werden vom Risegran-System detailiert erfasst und automatisch ausgewertet. Der von da-cons entwickelte Algorithmus bestimmt aus den Bildern dann jeweils die Länge des Sprosses, des ersten Blattes und der Wurzel. Außerdem überträgt der Computer die Bilder automatisch auf einen Server, wo sie von den Forschern jeder Zeit eingesehen werden können.

Ob an Land oder im Wasser: Stickstoff ist neben Kohlen- und Sauerstoff der Nährstoff, ohne den weder Pflanzen, Tiere noch andere Organismen leben können. Er wird benötigt, um unverzichtbare Zellbestandteile wie Proteine und Erbmoleküle wie die DNA herzustellen. Die Nährstoffversorgung übernehmen in der Regel spezielle Bakterien, die in Symbiose mit Organismen und Lebewesen leben. Im Meer sind es chemosynthetische Bakterien, die auf der Oberfläche oder im Inneren von Meerestieren leben und ganz ohne Sonnenlicht, Nährstoffe produzieren und ihren Wirt damit versorgen. Dass diese Meeresbakterien Kohlenstoff fixieren und in organischen Kohlenstoff umwandeln können, war seit Langem bekannt.

Ein Team um Mikrobiologin Jillian Petersen von der Universität Wien hat nun gemeinsam mit Forschern vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie sowie Kollegen aus Frankreich, Italien und Kanada einen weiteren Vorteil der mikrobiellen Helfer entdeckt. Wie die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature“ berichten, können chemosynthetische Bakterien sogar Stickstoff binden. Die Forscher fanden die stickstofffixierenden Symbionten auf Mondmuscheln und Fadenwürmern vor der Insel Elba.

Meeresbakterien als Stickstoffrecycler

"Diese Entdeckung kam wirklich überraschend - denn die Bakterien können vermutlich auch Stickstoff aus ihrer Umgebung aufnehmen und den Stickstoffabfall ihrer Wirte wiederverwerten", sagt Jullian Petersen. Die Forscher stellten fest, dass die Meeresbakterien – anders als üblich - den Nährstoff also nicht erst aufwendig aus Stickstoffgas fixieren müssen.

Mithilfe moderner Sequenziermethoden sind die Forscher in den Muscheln jenen Genabschnitten auf die Spur gekommen, die für die Stickstofffixierung verantwortlich sind. “Das deutet darauf hin, dass die Symbionten aktiv im Inneren ihrer Wirte Stickstoff fixieren“, erklärt Petersen. Einen Beweis für die Stickstoffbindung fanden die Forscher auch in der Isotopenzusammensetzung des Stickstoffs. Dabei handelte es sich eindeutig um biologisch fixierten Stickstoff. Nicht nur vor Elba, auch in anderen Küstenregionen der Erde fanden die Forscher diese stickstofffixierenden Meeresbakterien. Daher sind die Forscher überzeugt, dass diese Fähigkeit der symbiotischen Bakterien Stickstoff zu binden, weit verbreitet ist.

Ozeane mit Stickstoff düngen

Darüber hinaus können chemosynthetische Symbionten nicht nur Stickstoff aus dem Inneren von Muscheln und Würmern binden, sondern auch freisetzen und so ihre Umgebung mit dem wichtigen Nährstoff düngen. Ob diese symbiotischen Bakterien auch die Fähigkeit haben, die Weltmeere mit dem notwenigen Stickstoff zu versorgen und somit das Ökosystem aufrecht zu halten, wollen die Forscher um Jullian Petersen als nächstes untersuchen.

Windeln aus nachwachsenden Rohstoffen, die voll kompostierbar sind: Dieses Ziel hat Dominik Franck mit seinem Unternehmen "Fairwindel" im Blick. Inspiriert von den Windelbergen seiner Tochter, entwickelte der Chemiker eine Windel, die zu Teilen aus Kartoffelstärke und Mais besteht. 2015 wurde das von ihm und seiner Frau geleitete Mühlenbecker Unternehmen "Fairwindel" als nachhaltiges Startup ausgezeichnet.

Nappies of renewable raw materials that are completely biodegradable: That is the aim that Dominik Franck is pursuing with his 'Fairwindel' company. 'Inspired' by his daughter's mountain of nappies, the chemist has developed a new type of nappy partly consisting of potato starch and maize. The 'Fairwindel' company, managed by Franck together with his wife in Mühlenbeck near Berlin, was commended in 2015 as a sustainability startup.

Startschuss für das große Saison-Finale des internationalen iGEM-Wettbewerbs für Synthetische Biologie: Diesmal steigt das „Giant Jamboree“ vom 27. bis 31. Oktober in Boston. Mit dabei ist wie auch in den Vorjahren ein großer Tross aus Deutschland: 13 deutsche Hochschulteams sind an die US-Ostküste gereist, um bei der Endrunde des studentischen Biotech-Tüftelwettbewerbs dabei zu sein. Rund 300 Teams und tausende Teilnehmer aus aller Welt gehen im „Hynes Convention Center“ auf Titeljagd. Neben Medaillen in Gold, Silber und Bronze winkt für den Gesamtsieg der Silberne BioBrick.

In diesem Jahr sind 13 Uni-Teams aus der gesamten Bundesrepublik in Boston vertreten. Typisch für iGEM: Sie haben sich selbst um die Finanzierung des Projekts und der Reise gekümmert und erfolgreich Gelder und Labormaterial von Sponsoren eingeworben. Das Bielefelder iGEM-Team hat sogar erstmals über die Crowdfunding-Plattform Startnext versucht, private Unterstützer für sein Projekt zu gewinnen. Und das Marburger Team hat sogar von der EU eine Förderung im Rahmen der Ausschreibung „Synergene“ eingeworben. Auf Initiative des Teams Marburg hatten sich alle deutschen Teams bereits im August getroffen und über ihre diesjährigen Projekte ausgetauscht.

Der Überblick über die Projektideen der deutschen iGEM-Teams im Jahr 2016:

Aachen: Die iGEMer von der RWTH Aachen wollen gängige Waschmittel-Pulver von der toxischen Chemikalie Borsäure befreien. Der Hemmstoff wird dem Pulver zugemischt, damit  die Enzyme erst in der Waschmaschine aktiv werden. Das Team hat als umweltfreundliche Alternative Proteasen entwickelt, die mithilfe von Licht gesteuert und aktiviert werden können.

Bielefeld: Die Bielefelder iGEMer wollen Antikörper-ähnliche Proteine entwickeln, die sogenannten Evobodies, die künftig einmal in Diagnostik und Virustherapie zum Einsatz kommen könnten. Mit ihrem bakteriellen System lassen sich Bindeproteine für eine molekulare Zielstruktur super-schnell entwickeln und herausfiltern. Für die Bielefelder ist es „Molekulares Speed-Dating im Kampf gegen wandlungsfähige Pathogene – wie Zika, Dengue oder Grippe“.

Bonn: Das Team der Uni Bonn will das Recycling von Papier noch ökologischer machen – mithilfe von Enzymen, die effizient Druckerschwärze entfernen können, ein Prozess der „De-inking“ genannt wird.

Darmstadt: Das Thema Biosicherheit steht im Vordergrund des Projekts von Team der TU Darmstadt. Sie haben gentechnisch veränderte Bakterien mit einer „Ausgangssperre“ konstruiert – außerhalb des Labors können sie nicht existieren. Der Clou: Die Bakterien müssen mit einer künstlichen Aminosäure gefüttert werden – die es in der Natur nicht gibt.

Düsseldorf: Das Team aus Düsseldorf will Krebszellen mit einem Licht-Doppelschlag bekämpfen. Dazu bauen sie gleich zwei optogenetische Schalter-Proteine in Krebszellen ein, eines reagiert auf rotes, das andere auf Blaulicht. Im Doppelpack  leiten sie gezielt den programmierten Zelltod der Krebszelle ein, die Apoptose (double-kill-switch).

Freiburg: Die Freiburger tüfteln an maßgeschneiderten Sporen der Mikrobe Bacillus subtilis als smarte Vehikel für eine zielgerichtete Medikamententherapie gegen Colitis ulcerosa, eine Autoimmunerkrankung des Dickdarms. Die Sporen sind mit Nanobodies für die Zielerkennung im Darm ausgestattet. Und vor Ort im entzündeten Gewebe aktiviert wandeln sie eine Vorstufe eines Zellgifts in dessen aktive Form um.

Göttingen: Team Göttingen will die biotechnologische Herstellung von Vitamin B12 im Labor wesentlich vereinfachen. Dazu wollen sie Bakterien mit einem Export-System ausstatten. Bisher stellen B12-Produktionsorganismen das Vitamin zwar her, die Zellen müssen aber aufwendig aufgebrochen werden, um an das Vitamin zu gelangen. Mit dem synthetischen Ausschleuse-System („Synporter“) würde der Schritt entfallen.

Hamburg: Das Hamburger iGEM-Team hat diesmal einen Biosensor entwickelt, der Erreger der Art Chlamydia trachomatis gezielt aufspüren kann. Chlamydien zählen zu den Geschlechtskrankheiten, sie werden meist ungezielt mit Breitband-Antibiotika behandelt. Ein präziser Test könnte die Therapie verbessern.

Hannover: Die Niedersachsen haben in ihrem Projekt ein molekularbiologisches Präzisionswerkzeug, die Designer-Nuklease TALEN, noch robuster für die Verwendung im Laboralltag gemacht, in dem sie ihr eine Ringform gegeben haben („TALE-Bots“).

Nürnberg-Erlangen: Die Tüftler aus Nürnberg wollen in dem Projekt „Coli-Voltaic“ Farbstoff-Solarzellen herstellen, die aus Biofilmen aufgebaut sind. Die iGEMer stützen ihr System auf sogenannte Curli-Fasern, bakterielle Proteinaggregate, die als Nanodrähte fungieren können.

München: Die LMU und die TU München machen diesmal gemeinsame Sache. Sie beschäftigen sich mit Hightech-Gewebe aus dem 3D-Drucker. Dazu stellen sie eine besondere Biotech-Tinte her („Biotink“). Damit lassen sich Zellen sehr gezielt und filigran auf Oberflächen aufdrucken.

Marburg: Das Team der Philipps-Universität will eine Endosymbiose im Labor nachstellen. Auf diesem Weg will es eine neuartige Produktionsplattform namens „Syndustry“ konstruieren. Dazu wollen sie photosynthetische Cyanobakterien in größeren Zellen einbringen.

Tübingen: Das Team aus Tübingen will Menschen mit einer erblichen Fructose-Intoleranz helfen. Dazu wollen die schwäbischen Tüftler probiotische Lactobazillen mit dem Enzym Aldolase ausstatten.

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Ob Automobil- und Luftfahrtindustrie, Elektronik- und Medizintechnik oder Verpackungsindustrie: Kunststoffe sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Doch die Branche, die wie kaum eine Andere auf die fossile Ressource Erdöl setzt, steht vor einem Umbruch. Das machte einmal mehr der weltgrößte Branchentreff der Kunststoff- und Kautschukindustrie K 2016 in Düsseldorf deutlich. Energie-, Material- und Ressourceneffizienz waren dominierende Themen der internationalen Leistungsschau.

Anspruchsvolle Verbraucher

230.000 Fachbesucher aus mehr als 160 Ländern kamen nach Angaben der Messeveranstalter während der acht Tage  auf das Düsseldorfer Messegelände, um sich über Neuheiten zu informieren. Dabei standen insbesondere neue Werkstoffe, innovative Recyclingkonzepte, neue Einsatzbereiche für Biokunststoffe und additive Fertigung im Zentrum des Interesses. Die insgesamt 3.285 Aussteller sahen sich hier zunehmend anspruchsvollen Verbrauchern gegenüber, wie die „Messe Düsseldorf“ resümiert.

Nachhaltigen Kunststoffen gehört die Zukunft

Höhepunkt der Kunststoffmesse war auch in diesem Jahr die Sonderschau „Plastics shape the future", die ihren Fokus auf die Funktionalität, die Ästhetik und die Nachhaltigkeit von Kunststoff legte. Das Projekt, das unter Federführung von PlasticsEurope Deutschland und der Messe Düsseldorf steht, wurde bereits zum neunten Mal im Rahmen des Branchentreffs veranstaltet. Erstmals gab es jedoch spezielle Thementage, an denen Experten aus Wissenschaft, Industrie und Politik über ökonomische, soziale und ökologische Herausforderungen und Lösungsansätze informierten und diskutierten. Dabei wurden auch so brisante Themen wie Plastikmüll im Meer und Ressourceneffizenz nicht ausgespart. Im Ergebnis waren sich die Experten einig, dass funktional, ästhetisch und nachhaltigen Kunststoffen die Zukunft gehört.

Auch wenn Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau den Branchentreff erneut dominierten: Naturfaser-Hersteller haben inzwischen einen festen Platz bei der Kunststoffmesse. Unternehmen wie die Biofibres GmbH aus dem bayrischen Altdorf zeigten, wie aus Samen oder Baumrinde Granulate für naturfaserverstärkte und obendrein CO2-neutrale Biokunststoffe entstehen können. Daneben gaben Forschungseinrichtungen wie das Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut WKI einen Einblick in neue Entwicklungen auf dem Feld der Verfahrens- und Systemtechnik für Holzwerkstoffe.

Info-Datenbank zu Biokunststoffen online

Trotz des positiven Trends: Biokunststoffe haben noch immer einen geringen Marktanteil. Das liegt nicht zuletzt daran, dass es oftmals noch an Informationen und am Know-How für die Verarbeitung fehlt. Ein Konsortium unter der Leitung des Süddeutschen Kunststoff-Zentrums SKZ schließt diese Lücke nun. Im Rahmen der Kunststoffmesse stellte das Gremium die neue Online-Datenbank www.biokunststoffe-verarbeiten.de vor. In dem vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) geförderten Vorhaben stehen Interessenten nun entsprechende Prozess- und Verarbeitungsparameter frei zur Verfügung.

Nicht nur Aussteller- und Besucherzahlen brachten in  diesem Jahr auf der K2016 alle Rekorde. Auch wurden noch nie so viele Verträge mit Unternehmen spontan unterzeichnet. „Eine solche Vielzahl entscheidungs- und kauffreudiger Kunden habe ich auf einer Messe noch nicht erlebt. Es war vom ersten Messetag an klar, dass die Kunden sich nicht nur über neue Technologien informieren wollten, sondern diese auch kaufen. In allen unseren Abnehmerbranchen und in allen Regionen der Welt wird kräftig investiert", resümierte Ulrich Reifenhäuser, Vorsitzender des Ausstellerbeirates der K 2016. Die nächste Kunststoffmesse in Düsseldorf findet vom 16. bis 23. Oktober 2019 statt.

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Flachs oder Lein ist eine Faserpflanze, die über Jahrhunderte hinweg den Rohstoff für Textilien lieferte, bevor der Siegeszug der Baumwolle begann. Seit einiger Zeit erfährt die Leinpflanze jedoch wieder mehr Aufmerksamkeit: Die Werkstoffforschung hat Flachs für sich entdeckt. Die Steifigkeit und Festigkeit der Fasern, die Flachs für Textilanwendungen eher unattraktiv macht, weckt zunehmend das Interesse der Wissenschaftler, um neue biobasierte Verbundwerkstoffe zu kreieren. „Die Pflanze hat einen dünnen Stängel, der besonders biegesteif ist. Wenn man leicht bauen will, wie im Automobilbereich, braucht man Fasern mit hoher Festigkeit und Steifigkeit, die zudem leicht sind“, erklärt Jörg Müssig von der Hochschule Bremen – HSB –.

Flachsfasern für neue Verbundwerkstoffe

Im Rahmen des internationalen Verbundprojektes „Verbesserte Biowerkstoffe aus Flachs durch angewandte Genomik – FIBRAGEN“ hat das Team um Jörg Müssig gemeinsam mit Molekularbiologen, Pflanzenzüchtern und Wertstoffforschern aus Frankreich, Spanien und Kanada untersucht, wie Flachsfasern durch Züchtung für die Nutzung in Verbundwerkstoffen optimiert werden können. Das Forschungsvorhaben lief von Mai 2011 bis März 2015 und wurde jeweils von den beteiligten Ländern finanziert. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) beteiligte sich mit rund 180.000 Euro.

Werkzeugkasten für Züchter

Dass Leinfasern hervorragende technische Eigenschaften haben, ist lange bekannt. „Flachsfasern wurden schon in Ziegeln im alten Ägypten zur Verstärkung eingesetzt“, sagt Müssig. Dennoch: Die textile Anwendung hatte lange Vorrang. Inzwischen sind Leinfasern für Autoindustrie und Sportgerätehersteller eine Alternative zu Glasfaserverbundwerkstoffen. Entgegen diesem Trend ist die Flachsfaser-Züchtung bis heute auf textile Anwendungen fokussiert. „Ziel des Projektes war es daher, den Züchtern einen Werkzeugkasten für den Umgang mit den Pflanzen an die Hand zu geben, um zukünftig gezielte Züchtung für die technische Anwendung betreiben zu können“, erklärt der Bremer Werkstoffexperte.

Aufgabe des Bremer Teams im Projekt war es, die verschiedenen Flachssorten zu charakterisieren und auf ihre Eignung im Verbundwerkstoff zu untersuchen. Hier arbeitete das deutsche Team mit Forschern aus Frankreich und Spanien zusammen. Die Sequenzierung des Genoms der einzelnen Flachssorten lag dagegen vornehmlich in den Händen französischer Molekularbiologen der Universität in Lille unterstützt durch kanadische Kollegen von der University of British Columbia.

 Zehn Flachssorten im Verbundwerkstofftest

„Wir schauten uns an, welchen Effekt eine Faser im Verbundwerkstoff hat“, berichtet Katharina Haag, Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Projekt Fibragen. Zehn verschiedene, meist in Frankreich beheimatete Flachssorten, standen im Fokus der Untersuchung. Zur Charakterisierung der einzelnen Pflanzenarten wurden die Fasern in Bremen hinsichtlich ihrer mechanischen und morphologischen Eigenschaften vermessen und mittels eines Rankings bewertet. „Vorausgegangen war eine extrem lange und aufwendige Datenanalyse, um zu sehen, welche Einflussgrößen es gibt.“