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Die Hintergründe des Forschungsprojekts SelWineQ reichen zurück bis zur Besiedelung Nordamerikas durch die Europäer: Seinerzeit brachten zurückkehrende Auswanderer ungewollt den Echten und den Falschen Mehltau nach Europa. Seitdem setzen diese Pilzkrankheiten unter anderem den heimischen Weinreben zu, denn anders als ihre amerikanischen Verwandten, die sich über Millionen Jahre der Evolution an die Erreger anpassen konnten, besitzen europäische Reben praktisch keine natürlichen Resistenzen gegen den Pilz aus Übersee. Um das Jahr 1870 zerstörte die Krankheit gut 70 % des französischen Weinbaus. Seitdem versuchen Züchter, Resistenzen der amerikanischen Reben in europäische Weinreben einzukreuzen.

„Man kann nicht einfach die Reben aus den USA bei uns anbauen“, sagt Ulrich Fischer vom Institut für Weinbau und Oenologie am Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinpfalz, der das Forschungsprojekt koordiniert. „Gute Weine – und auch weiße Trauben – sind das Ergebnis von 3.000 Jahren Kulturarbeit und Selektion in Europa. Das gab es in diesem Zeitraum nicht in Nordamerika.“

EU will 50 Prozent der Pflanzenschutzmittel einsparen

Weinbauern können aber auch nicht weiter massiv auf Pflanzenschutzmittel setzen, um den Ertrag der europäischen Reben zu sichern: „Die Landwirtschaft soll schonender und nachhaltiger arbeiten“, betont Fischer. „Teil des Green Deals der EU ist es, 50 % Pflanzenschutzmittel einzusparen.“ Dazu müssten vermehrt teilresistente Kulturpflanzen angepflanzt werden.

Seit rund 60 bis 70 Jahren gibt es in Deutschland die Resistenzzüchtung im Weinbau. „Aber die Weinqualität der alten Züchtungen ist recht bescheiden“, weist Fischer auf ein zentrales Problem hin. Außerdem sind diese Sorten oft weit vom Resistenzziel entfernt: Für jede relevante Erkrankung sollte eine Rebe idealerweise mindestens drei unterschiedliche Resistenzgene aufweisen. „Wenn dann eine Resistenz bricht, weil der Erreger sich anpasst, käme der zweite, zur Not der dritte Resistenzmechanismus zum Einsatz“, erklärt der Oenologe. PIWIs – pilzwiderstandsfähig – heißen diese Kreuzungen aus Wildsorten mit Resistenzeigenschaften und anfälligen Qualitätsreben. Gegenwärtig besitzen PIWIs für manche Erreger einen, für andere immerhin schon zwei Resistenzmechanismen. „Wir haben also noch viel Arbeit vor uns“, sagt Fischer.

Zwölf Jahre, bis klar ist, ob eine Rebsorte etwas taugt

Das wäre vielleicht alles nur halb so wild, wäre Wein eine einjährige Pflanze wie die meisten Getreidesorten. Dann ließe sich das Züchtungsergebnis nach wenigen Monaten an der Qualität der Körner ablesen. Doch eine neue Weinkreuzung muss fünf Jahre wachsen, bis aus ihren Trauben überhaupt der erste Liter Wein erzeugt werden kann. Bewährt diese Probe sich, kann die Kreuzung in größerem Maßstab angebaut werden. Auch diese Pflanzen müssen zunächst fünf Jahre wachsen. Um also zwei, drei Jahrgänge Wein zu haben, die auf unterschiedlichem Boden und bei unterschiedlichem Wetter gewachsen sind, dauert es von der ersten Kreuzungsidee mindestens zwölf Jahre. „Dann erst kann man sagen: Das ist ein guter Wein, den können wir empfehlen, pflanzt diese Rebsorte“, resümiert Fischer.

An diesem Punkt setzt das Projekt SelWineQ an, das bereits in der dritten Förderphase läuft, sieben Jahre hinter sich und zwei noch vor sich hat. „Wir wollen die Zeit von der Züchtung bis zum Anbau halbieren“, sagt der Projektkoordinator. „Wenn ich jede Kreuzung zwölf Jahre im Programm haben muss, bevor ich sagen kann, das ist ein guter Wein, limitiere ich die Feldkapazität.“ Könnte man jedoch schon im ersten Jahr erkennen, ob sie überhaupt das Potenzial hat, später guten Wein zu produzieren, könnte man die schlechte Hälfte der Kreuzungen direkt aussortieren und hätte die halbe Anbaufläche wieder frei für neue Kreuzungsexperimente.

Was sind genetische Kriterien für eine gute Rebe?

„Wir wollen bereits an einer zwei Zentimeter großen Pflanze anhand von genetischen Markern ablesen, ob sie die genetischen Voraussetzungen für eine gute oder eine schwache Qualität ausweist“, sagt Fischer und ist sich bewusst, wie ehrgeizig das Unterfangen ist. Das liegt weniger an der Technik, denn auf die gleiche Weise prüfen Züchter schon heute, ob etwa die Resistenzgene erfolgreich in eine neue Kreuzung übertragen wurden. Die Herausforderung für SelWineQ liegt viel mehr in der Frage: Was macht genetisch einen guten Wein aus?

Dazu arbeiten die Forschenden auf drei Ebenen. Zum einen betrachten sie die Gene, die bestimmte Aromastoffe erzeugen. „Wir kennen die Aromastoffe für blumig, fruchtig oder exotisch“, sagt der Forscher. „Darunter gibt es auch negative Aromanoten wie etwa unreife, grüne Paprika, oder Akazie, mit deren Duft manchmal Klosteine aromatisiert werden.“

The background to the SelWineQ research project goes back to the colonisation of North America by Europeans: at that time, returning emigrants unintentionally brought powdery and downy mildew to Europe. Since then, these fungal diseases have plagued the native grapevines, among others, because unlike their American relatives, which have been able to adapt to the pathogens over millions of years of evolution, European vines have practically no natural resistance to the fungus from overseas. Around 1870, the disease destroyed a good 70% of French vineyards. Since then, breeders have been trying to cross resistance from American vines into European vines.

‘You can't just grow the vines from the USA here,’ says Ulrich Fischer from the Institute of Viticulture and Oenology at the Rhineland-Palatinate Rural Service Centre, who is coordinating the research project. ‘Good wines - and also white grapes - are the result of 3,000 years of cultivation and selection in Europe. This has not happened in North America during this period.’

EU wants to save 50 per cent of pesticides

However, winegrowers cannot continue to rely massively on plant protection products in order to secure the yield of European vines: ‘Agriculture should work more gently and sustainably,’ emphasises Fischer. ‘Part of the EU's Green Deal is to reduce the use of plant protection products by 50%.’ To achieve this, more partially resistant crops need to be planted.

Resistance breeding in viticulture has existed in Germany for around 60 to 70 years. ‘But the wine quality of the old varieties is quite mediocre,’ says Fischer, pointing out a key problem. In addition, these varieties are often far removed from the resistance target: ideally, a vine should have at least three different resistance genes for each relevant disease. ‘If one resistance then breaks down because the pathogen adapts, the second or, if necessary, the third resistance mechanism would be used,’ explains the oenologist. These crosses of wild varieties with resistance properties and susceptible quality vines are called PIWIs (meaning fungus-resistant). At present, PIWIs have one resistance mechanism for some pathogens and two for others. ‘So we still have a lot of work ahead of us,’ says Fischer.

Twelve years until it is clear whether a grape variety is any good

This might not be so bad if wine were an annual plant like most cereals. Then, the result of breeding could be seen in the quality of the grains after just a few months. But a new wine cross must grow for five years before the first liter of wine can be produced from its grapes. If this trial proves successful, the crossbreed can be cultivated on a larger scale. These plants also have to grow for five years. So to have two or three vintages of wine that have grown on different soil and in different weather, it takes at least twelve years from the initial idea of crossing. “Only then can we say: this is a good wine, we can recommend it, plant this grape variety,” summarizes Fischer.

This is where the SelWineQ project, which is already in its third funding phase and has seven years behind it and two to go, comes in. “We want to halve the time from breeding to cultivation,” says the project coordinator. “If I have to have each cross in the program for twelve years before I can say it's a good wine, I'm limiting the field capacity.” However, if you could tell in the first year whether it has the potential to produce good wine later on, you could sort out the bad half of the crosses straight away and have half the cultivation area free again for new crossing experiments.

What are the genetic criteria for a good grapevine?

“We want to use genetic markers to determine whether a two-centimetre plant has the genetic prerequisites for good or poor quality,” says Fischer, who is aware of how ambitious the undertaking is. This is not so much due to the technology, as breeders already use the same method to check whether resistance genes have been successfully transferred to a new cross. The challenge for SelWineQ lies much more in the question: What constitutes a good wine genetically?

The researchers are working on three levels. Firstly, they are looking at the genes that produce certain aromatic substances. “We know the flavorings for floral, fruity or exotic,” says the researcher. “There are also negative aromas such as unripe green peppers or acacia, the scent of which is sometimes used to flavor toilet blocks.”

Ohne Pflanzenschutzmittel würden die Ernteerträge weltweit um 20 bis 30% einbrechen, das zeigen Studien immer wieder. Gleichzeitig gelten viele konventionelle Pflanzenschutzmittel als bedenklich, was Artenvielfalt und Gesundheit betrifft. Eigentlich kennt die Forschung seit mehr als zwei Jahrzehnten eine großartige Lösung, um diese Probleme zu überwinden: RNA-Interferenz. Doch bislang war dieser Ansatz unbezahlbar.

RNA-Interferenz wirkt hochspezifisch

„RNA ist ein wundervoller Wirkstoff, weil RNA hochspezifisch wirkt, weil RNA komplett ungiftig und biologisch abbaubar ist“, erläutert Georg Schaumann, Koordinator des Projekts RNAferm und Mitgründer der Firma SenseUp. „RNA hat zudem nichts mit Genveränderung zu tun, sie greift überhaupt nicht ins Erbgut ein.“

Ende der 1990er Jahre entdeckten Forschende eine besondere Eigenschaft doppelsträngiger RNA (dsRNA): Sie kann verhindern, dass aus einem mit ihrer Sequenz korrespondierenden Gen dessen Produkt – meist ein Protein – erzeugt wird. Fachleute sprechen auch vom RNA-induced silencing. 2018 kam das erste Therapeutikum auf den Markt, das sich diesen Effekt zunutze macht.

Wettlauf zwischen Pestizidforschung und Schädlingen

Auch in der Landwirtschaft wäre RNA-Interferenz hoch spannend, wie Schaumann erläutert: „dsRNA eignet sich hervorragend als Biopestizid, wenn man etwa ein Feld gegen den Kartoffelkäfer – oder was auch immer – sprühen möchte. Dann tötet man nur den Kartoffelkäfer, und nicht den Marienkäfer, die Biene, einen Wurm oder was sonst noch so da unterwegs ist.“ Denn die eingesetzte RNA kann exakt auf ein lebenswichtiges Gen eines bestimmten Insekts zugeschnitten werden. Damit blockiert die RNA zugleich dessen Stoffwechsel, ist aber bei jeder anderen Insektenart vollkommen wirkungslos. „Kein Pestizid auf dem Markt ist so spezifisch“, sagt der Projektleiter.

Außerdem entwickeln viele Insekten Resistenzen gegen Insektizide, der Kartoffelkäfer ist darin besonders gut. Darum entwickeln die Hersteller ständig neue Wirkstoffe. „Es ist ein dauerndes Wettrennen, aber die Menschheit hinkt derzeit ziemlich hinterher“, weiß Schaumann. Landwirte hoffen daher auf gänzlich neue Insektizide, um wieder die Führung zu übernehmen. RNA wäre wohl ein solches Mittel.

RNA war bislang extrem teuer und ist instabil

Warum also gibt es noch kein RNA-basiertes Produkt für die Landwirtschaft? „Der übliche Weg, RNA herzustellen, ist die In-vitro-Transkription“, erläutert Schaumann, ein Verfahren, bei dem hochreine Enzyme und Chemikalien gewissermaßen im Reagenzglas miteinander reagieren. Für zehn Gramm RNA fallen dabei Kosten von 10.000 US-Dollar an. Und damit könnte man gerade mal einen Hektar vor Schädlingen schützen.

Without pesticides, crop yields worldwide would fall by 20 to 30%, as studies have repeatedly shown. At the same time, many conventional pesticides are regarded as questionable in terms of biodiversity and health. For more than two decades, researchers have actually known of a great solution to overcome these problems: RNA interference. But until now, this approach has been unaffordable.

RNA interference is highly specific

‘RNA is a wonderful agent because RNA is highly specific, completely non-toxic and biodegradable,’ explains Georg Schaumann, coordinator of the RNAferm project and co-founder of the company SenseUp. ‘RNA also has nothing to do with genetic modification; it does not interfere with the genome at all.’

At the end of the 1990s, researchers discovered a special property of double-stranded RNA (dsRNA): it can prevent a gene corresponding to its sequence from producing its product - usually a protein. Experts also refer to this as RNA-induced silencing. The first therapeutic agent to utilise this effect came onto the market in 2018.

Race between pesticide research and pests

RNA interference would also be very exciting in agriculture, as Schaumann explains: ‘dsRNA is ideal as a biopesticide if you want to spray a field against the Colorado potato beetle - or any other pest. Then you only kill the potato beetle and not the ladybird, the bee, a worm or whatever else is out there.’ This is because the RNA used can be tailored precisely to a vital gene of a specific insect. This means that the RNA also blocks its metabolism, but is completely ineffective on any other insect species. ‘No pesticide on the market is so specific,’ says the project leader.

In addition, many insects develop resistance to insecticides, and the potato beetle is particularly good at this. This is why manufacturers are constantly developing new active ingredients. ‘It's a constant race, but mankind is currently lagging behind,’ says Schaumann. Farmers are therefore hoping for completely new insecticides to take the lead again. RNA would probably be one such agent.

RNA has so far been extremely expensive and is unstable

So why is there still no RNA-based product for agriculture? ‘The usual way to produce RNA is in vitro transcription,’ explains Schaumann, a process in which highly pure enzymes and chemicals react with each other in a test tube, so to speak. The cost of ten grams of RNA is 10,000 US dollars. And this could protect just one hectare from pests.

Grünschnitt, Lebensmittelabfälle und Klärschlamm fallen in jeder Stadt und Kommune in großen Mengen an. Diese biogenen Reststoffe als Rohstoffquelle zu erschließen und stofflich und energetisch optimal zu nutzen, ist ein wichtiger Eckpfeiler auf Weg in eine nachhaltige und kreislauforientierte Bioökonomie. Den Wandel zu einer biobasierten Kreislaufwirtschaft will Stuttgart nun gezielt vorantreiben. Als bundesweit erste Kommune hat die baden-württembergische Landeshauptstadt eine eigene urbane Bioökonomiestrategie aufgesetzt. Der Startschuss für die Umsetzung der „Zirkulären Bioökonomiestrategie der Stadt Stuttgart“ fiel Anfang Juli im Verwaltungsausschuss des Gemeinderats.

Beitrag zur Klimaneutralität Stuttgarts

„Die biologischen Ressourcen unserer Stadt bieten große Chancen für eine gute Zukunft Stuttgarts“, sagt Martin Körner, Leiter des Grundsatzreferates für Klimaschutz, Mobilität und Wohnen der Stadtverwaltung. „Wenn wir unsere biologischen Ressourcen besser nutzen, leistet das einen wichtigen Beitrag zur Klimaneutralität Stuttgarts.“

Die größten Bioökonomie-Potenziale für die schwäbische Metropole liegen nach Ansicht der Autorinnen und Autoren im intelligenten Management aller regional anfallender biogenen Reststoffe wie Bioabfall, Grünschnitt und Abwasser in den Kläranlagen. Das Ziel: Alle diese Reststoffe sollen vor Ort stofflich verwertet werden. So sollen Rohstoffe wie Phosphor oder Stickstoff zurückgewonnen werden, um neue Produkte herzustellen. Erst wenn dies nicht mehr möglich sei, würden diese Reststoffe auch energetisch genutzt, heißt es. Damit will die Landeshauptstadt verhindern, dass Ressourcen in Abfällen oder gar Umweltschadstoffe wie Lachgas das Stadtgebiet verlassen.

22 konkrete Maßnahmen formuliert

Wie das gelingen kann, hat die Stadt Stuttgart in ihrer Bioökonomiestrategie in einem Maßnahmenkatalog festgeschrieben. Darin werden 22 konkrete Aktionen für die verschiedenen Bereiche wie Garten- und Forstamt, Hoch- und Tiefbauamt, Abfallwirtschaft oder die Stabsstelle Klimaschutz aufgelistet. Die Maßnahmen reichen von Neupflanzungen an Straßen, der Einrichtung dezentraler Sammelstellen für Fette und Öle über die CO₂-Reduktion bei der Beton-Herstellung, den Einsatz von Öko- und Recyclingasphalt bis hin zur Vernetzung der Produktions- und Forschungsinfrastruktur für Start-ups.

Large quantities of green waste, food waste and sewage sludge accumulate in every city and municipality. Tapping into these biogenic residues as a source of raw materials and optimising their use as materials and energy is an important cornerstone on the path to a sustainable and cycle-oriented bioeconomy. Stuttgart now wants to drive forward the transition to a bio-based circular economy in a targeted manner. The state capital of Baden-Württemberg is the first municipality in Germany to draw up its own urban bioeconomy strategy. The starting signal for the implementation of the ‘Circular Bioeconomy Strategy of the City of Stuttgart’ was given at the beginning of July in the administrative committee of the municipal council.

Contribution to Stuttgart's climate neutrality

‘Our city's biological resources offer great opportunities for a good future for Stuttgart,’ says Martin Körner, Head of the City Council's Policy Department for Climate Protection, Mobility and Housing. ‘If we make better use of our biological resources, this will make an important contribution to Stuttgart's climate neutrality.’

According to the authors, the greatest bioeconomy potential for the Swabian metropolis lies in the intelligent management of all regionally generated biogenic residues such as biowaste, green waste and wastewater in the sewage treatment plants. The aim is to utilise all of these residual materials locally. Raw materials such as phosphorus or nitrogen are to be recovered in order to manufacture new products. Only when this is no longer possible will these residues be utilised for energy, it is said. In this way, the state capital wants to prevent resources in waste or even environmental pollutants such as nitrous oxide from leaving the urban area.

22 concrete measures formulated

The city of Stuttgart has set out how this can be achieved in its bioeconomy strategy in a catalogue of measures. The catalogue lists 22 specific measures for various areas such as the garden and forestry department, the building and civil engineering department, waste management and the climate protection department. The measures range from planting new trees on roads, setting up decentralised collection points for fats and oils, CO₂ reduction in concrete production, the use of eco-asphalt and recycled asphalt to networking the production and research infrastructure for start-ups.

Die Forschenden der Empa, einem interdisziplinären Forschungsinstitut des ETH-Bereichs für Materialwissenschaften und Technologieentwicklung, zeigen in einer Studie, dass ein ökologisches und sozial gerechtes Leben für über zehn Milliarden Menschen möglich ist, allerdings ist dafür ein Umdenken erforderlich.

Die Menschheit nutzt derzeit die Erde nicht nachhaltig, was zu Klimaerwärmung, Abholzung und Artenrückgang führt. Die Studie, basierend auf dem Donut-Modell, zeigt, dass ein angemessener Lebensstandard für alle technisch erreichbar ist. Es werden jedoch fundamentale Änderungen in Energiesystemen und Landwirtschaft benötigt, einschließlich des Verzichts auf fossile Brennstoffe und einer überwiegend pflanzlichen Ernährung. Zudem sollte der Lebensstandard weltweit angeglichen werden, wobei reiche Länder ihren Ressourcenverbrauch reduzieren müssen. Trotz der engen Grenzen des Donut-Modells glauben die Forschenden, dass technischer Fortschritt zusätzlichen ökologischen Spielraum schaffen kann.

Das Donut-Modell beschreibt eine nachhaltige Wirtschaftsweise innerhalb sozialer und ökologischer Grenzen. Es besteht aus dem inneren Kreis, der die sozialen Grundbedürfnisse darstellt (z.B. Nahrung, Wasser, Gesundheit, Bildung). Der äussere Kreis stellt die Grenzen wichtiger planetarer Ressourcen dar, darunter etwa die Biodiversität, das Klima sowie die Land- und Wassernutzung. Der Bereich dazwischen – der Donut – ist der sichere und gerechte Raum, in dem menschliches Wohlergehen erreicht werden kann, ohne die Erde zu schädigen. Ziel ist es, innerhalb dieses Bereichs zu wirtschaften, um sowohl soziale Gerechtigkeit als auch ökologische Nachhaltigkeit zu gewährleisten.

Kunststoffe sind vielseitig einsetzbar und langlebig. Doch gerade die lange Haltbarkeit ist das Problem: Erdölbasierte Kunststoffe verrotten nicht und belasten die Umwelt. Doch die Natur hat auch für das Müllproblem eine Lösung parat. Bereits im Jahr 2016 fanden Forschende aus Japan erstmals ein Bakterium, das in der Lage ist, den Kunststoff zu zersetzen. Diese Mikroorganismen besitzen Enzyme, mit deren Hilfe auch Molekülketten von Kunststoffen zerlegt werden können.

Ein Team um Hans-Peter Grossart vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) hat gemeinsam mit der Universität Potsdam nun in Süßwässern Pilze entdeckt, die ebenfalls als natürliche Kunststoff-Recycler agieren. Die Studie ist im Fachmagazin „Science of The Total Environment“ erschienen.

„Pilze produzieren Enzyme, die selbst chemische Verbindungen aus vielen Makromolekülen wie Kunststoff aufspalten können. Außerdem sind sie mit ihren invasiven Wachstumsformen und ihrer Fähigkeit, Biofilme zu bilden und mit bereits bestehenden Biofilmen zu interagieren, gut an das Leben in der Plastiksphäre angepasst“, erklärt IGB-Forscher Hans-Peter Grossart, der die Studie leitete.

18 Pilzstämme identifiziert

Im Rahmen ihrer Untersuchung wurden 18 Pilzstämme aus den Seen Stechlin und Mirow in Nordostdeutschland identifiziert. Mithilfe spezieller Techniken konnten die Veränderungen in der Feinstruktur der Pilze analysiert werden. Bestimmte Stoffwechselaktivität lieferten der Studie zufolge schließlich Hinweise darauf, „dass die anfängliche enzymatische Aktivität der Pilze zur Bildung von Zwischenprodukten führt, die den Pilzen als Kohlenstoff- und Energiequelle dienen, indem sie die Konzentration des für das Pilzwachstum verfügbaren löslichen organischen Kohlenstoffs erhöhen“.

Unter dem Rasterelektronenmikroskop konnte das Team auch beobachten, dass sich die Zellwände einiger Pilze verformen, wenn sie die Kunststoffe besiedeln. „Das sind wahrscheinlich strukturelle Anpassungen der Myzelien, die es ihnen ermöglichen, beispielsweise das wasserabweisende Polyurethan zu besiedeln“, sagt Sabreen Samuel Ibrahim Dawoud, Doktorandin am IGB und Erstautorin der Studie.

Pilzstämme auch ohne Vorbehandlung aktiv

Den Forschenden zufolge zeigten dabei Pilzstämme von Fusarium, Penicillium, Botryotinia und Trichoderma ein besonders hohes Potenzial, die Kunststoffe Polyethylen, Polyurethan und Reifengummi abzubauen. Das Besondere dabei: Die Pilze bauten die Polymere auch ohne die sonst übliche Vorbehandlung durch UV-Licht, Ozonierung, chemische Oxidationsmittel oder thermische Verfahren ab. Auch eine Zugabe von Zuckern als Energiequelle war für die Pilzaktivität nicht nötig. Ob solche Vorbehandlungen den Kunststoffabbau beschleunigen, wurde den Forschenden zufolge nicht untersucht.

Polyurethan am besten abbaubar

Die Studie zeigt jedoch deutlich, dass der Kunststoff Polyurethan am besten abbaubar ist. „Die Kenntnis effizienterer Pilzstämme, insbesondere für den biologischen Abbau von Polyurethan, trägt dazu bei, großtechnische Recyclingkonzepte für Kunststoffabfälle zu entwickeln“, sagt Hans-Peter Grossart.

bb

Intakte Moore sind wichtig für den Klimaschutz, denn sie binden große Mengen des klimaschädlichen CO₂. Einer internationalen Studie zufolge speichern Feuchtgebiete wie Moore und Auen pro Quadratmeter fünfmal mehr Kohlenstoff als Wälder und sogar 500-mal mehr als Ozeane. Aber nicht nur das: Moore und Auen dienen auch dem Artenschutz und können große Mengen Wasser speichern und damit die Folgen von Hochwasser- und Trockenperioden abdämpfen. Das geht aus einer aktuellen Stellungnahme der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina hervor.

„Moore speichern etwa 10 % des globalen Süßwassers. Auen erfüllen wichtige Funktionen des Wasserrückhalts bei Hochwasser beziehungsweise des Wasserrückstroms in Trockenzeiten. Nirgendwo in Mitteleuropa ist die Artenvielfalt so hoch wie in diesen Feuchtgebieten“, sagt Leopoldina-Mitglied Klement Tockner, Generaldirektor der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung und Sprecher der Arbeitsgruppe, die die Stellungnahme erarbeitet hat.

Lösungsansätze für naturnahe Moor- und Auenflächen

In dem 128 Seiten umfassenden Papier mit dem Titel „Klima – Wasserhaushalt – Biodiversität: Für eine integrierende Nutzung von Mooren und Auen“ werden unter anderem der aktuelle Zustand, die Ökosystemleistungen sowie die Klimawirkungen von Mooren und Auen beschrieben. Darüber hinaus werden Maßnahmen aufgelistet, um die nationalen und internationalen Verpflichtungen im Klima-, Gewässer- und Biodiversitätsschutz zu erreichen und diese Flächen trotzdem wirtschaftlich nutzen zu können.

Rund 92 % der Moore sind in Deutschland trockengelegt. Bisher werden diese Flächen hauptsächlich landwirtschaftlich genutzt. Das Gros dient davon als Grünland. Experten zufolge gehen fast 40 % der Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft auf die Trockenlegung der Moore zurück. Mit der Nationalen Moorschutzstrategie hat die Bundesregierung im Jahr 2022 die Wiedervernässung der Moore auf die politische Agenda gesetzt. Im Juni dieses Jahres hat die EU mit der Verordnung zur Wiederherstellung der Natur (Nature Restoration Law) die Revitalisierung von Mooren und Auen in der Europäischen Union festgeschrieben.

„Für einen erfolgreichen Transformationsprozess hin zu naturnahen Moor- und Auenflächen brauchen wir einen systemischen Ansatz, der Klima- und Biodiversitätsschutz gemeinsam denkt und zugleich den Wasserhaushalt, verschiedene Nutzungsoptionen, aber auch rechtliche Aspekte berücksichtigt”, betont Trockner.

Abseits von Monokulturen, Pestiziden und schweren Landmaschinen hat sich in den 1970er mit der Permakultur weltweit ein naturnahes Bewirtschaftungskonzept als Gegenstück zur konventionellen Landwirtschaft etabliert. Auch in Deutschland wird das ökologische Agrarmodell seit Jahrzehnten von einigen Landwirtinnen und Landwirten praktiziert. Auf Permakulturflächen werden beispielsweise Äcker durch Bäume und Sträucher ergänzt. Auf mineralische Dünger oder Pestizide wird verzichtet und die Haltung von Nutztieren wird in den Anbau von Feldfrüchten integriert.

Mit Blick auf Klimawandel und Biodiversitätsverlust spielen solch nachhaltige Konzepte für die Landwirtschaft daher eine immer wichtigere Rolle. Forschende der Rheinland-Pfälzische Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) und der Universität für Bodenkultur (BOKU) in Wien haben nun erstmals untersucht, welche Auswirkungen das Konzept der Permakultur auf die Umwelt hat. „Obwohl Permakultur-Projekte schon seit den 1970er-Jahren auf der ganzen Welt entstanden sind, gibt es erstaunlich wenige wissenschaftliche Begleituntersuchungen dazu. Wir wollten diese Lücke schließen und erforschen, ob Permakultur in der Praxis tatsächlich die oft propagierten positiven Auswirkungen auf das Agrarökosystem hat“, erklärt Umweltwissenschaftler Julius Reiff von der RPTU.

Im Rahmen der Studie wurden neun landwirtschaftliche Betriebe, die nach diesem naturnahen Konzept arbeiten, genauer unter die Lupe genommen. Dazu wurden verschiedene Indikatoren zu Biodiversität und Bodenqualität für Permakulturflächen in Rheinland-Pfalz, Bayern, Nordrhein-Westfalen, Niedersachsen und in Luxemburg untersucht und mit den entsprechenden Daten von angrenzenden konventionell bewirtschafteten Flächen verglichen. So ermittelten die Forschenden anhand von Bodenproben Humus- und Kohlenstoffgehalt, Mikro- und Makronährstoffe und die Aktivität der Bodenmikroorganismen. Die Artenvielfalt von Regenwürmern, Vögeln und Pflanzen war demnach das Maß für die Bestimmung der Biodiversität.

Höhere Bodenqualität und Biodiversität

Das Ergebnis der Untersuchung ist vielversprechend. Bodenqualität und Biodiversität seien auf Permakulturflächen im Vergleich zu den sie umgebenden konventionellen Landwirtschaftsflächen deutlich höher gewesen, schreiben die Forschenden im Fachmagazin Communications Earth & Environment. So war der Kohlenstoff- und Humusgehalt der Permakulturböden vergleichbar mit den Werten im Grasland, das von allen land- und forstwirtschaftlichen Flächen in Deutschland den höchsten Humusgehalt hat. Aufgrund der höheren Wasser- und Nährstoffspeicherung in humusreichen Böden können solche Flächen Trockenperioden besser überstehen. Auch wiesen diese Böden einen höheren Nährstoffgehalt auf, obwohl keine Mineraldünger in der Permakultur zum Einsatz kommen. Die Forschenden vermuten daher, dass auch der Nährstoffgehalt in den darauf angebauten Feldfrüchten höher ist.

Auch die Biodiversität profitiert den Forschenden zufolge nachweislich von dem nachhaltigen Anbausystem. Neben der deutlich höheren Anzahl an Bodenmikroben war die Zahl der Vogelarten, Regenwürmer und Pflanzenarten auf den Permakulturflächen dreimal so hoch wie auf den herkömmlichen Vergleichsäckern. „Permakultur scheint ökologisch die sehr viel nachhaltigere Alternative zu industrieller Landwirtschaft zu sein“, resümiert Reiff.

Die höhere Artenvielfalt geht den Forschenden zufolge nicht nur auf den Verzicht von Pestiziden zurück, sondern auch auf den Anbau von Mischkulturen, die meist auch in Kombination mit Gehölzen angebaut werden. Der Anbau von Bäumen und Sträuchern auf Ackerflächen oder Weideland ist charakteristisch für sogenannte Agroforstsysteme, die in der Permakultur zum Einsatz kommen.

„Angesichts der Herausforderungen von Klimawandel und Artensterben würden die beobachteten Verbesserungen der Biodiversität auf größerer Fläche eine echte Trendwende bedeuten“, betont der Experte für Ökosystemanalyse Martin Entling von der RPTU.

Kein Ertragsverlust durch Permakultur

Neben den ökologischen Vorteilen scheint sich das Konzept der Permakultur auch wirtschaftlich zu lohnen. Der Studie zufolge sind die Erträge mit denen der industriellen Landwirtschaft vergleichbar. Entsprechende Daten wollen die Forschenden demnächst veröffentlichen.

Finanzielle Anreize für nachhaltige Anbausysteme schaffen

Die Forschenden kommen zu dem Schluss: Damit das System der Permakultur sich im großen Stil durchsetzt, müssten nicht nur Bildungssysteme in der Landwirtschaft verändert, sondern auch finanzielle Anreize in der EU geschaffen und bestehende Subventionen zugunsten nachhaltiger Anbaumethoden „umstrukturiert“ werden.

bb

Away from monocultures, pesticides and heavy agricultural machinery, permaculture established itself worldwide in the 1970s as a near-natural farming concept as a counterpart to conventional agriculture. In Germany, this organic farming model has also been practised by some farmers for decades. On permaculture areas, for example, fields are supplemented with trees and shrubs. Mineral fertilisers and pesticides are not used and the keeping of livestock is integrated into the cultivation of crops.

In view of climate change and the loss of biodiversity, such sustainable concepts are therefore playing an increasingly important role in agriculture. Researchers from the Rhineland-Palatinate University of Technology Kaiserslautern-Landau (RPTU) and the University of Natural Resources and Life Sciences (BOKU) in Vienna have now analysed the effects of the permaculture concept on the environment for the first time. ‘Although permaculture projects have been established all over the world since the 1970s, there have been surprisingly few accompanying scientific studies. We wanted to close this gap and investigate whether permaculture actually has the often-publicised positive effects on the agricultural ecosystem in practice,’ explains environmental scientist Julius Reiff from RPTU.

As part of the study, nine farms that work according to this near-natural concept were examined more closely. Various indicators of biodiversity and soil quality were analysed for permaculture areas in Rhineland-Palatinate, Bavaria, North Rhine-Westphalia, Lower Saxony and Luxembourg and compared with the corresponding data from neighbouring conventionally farmed areas. The researchers used soil samples to determine humus and carbon content, micro- and macronutrients and the activity of soil microorganisms. The species diversity of earthworms, birds and plants was therefore the measure for determining biodiversity.

Higher soil quality and biodiversity

The results of the study are promising. Soil quality and biodiversity were significantly higher on permaculture areas compared to the surrounding conventional agricultural land, the researchers write in the journal Communications Earth & Environment. The carbon and humus content of the permaculture soils was comparable to the values in grassland, which has the highest humus content of all agricultural and forestry areas in Germany. Due to the higher water and nutrient storage in humus-rich soils, such areas are better able to withstand dry periods. These soils also had a higher nutrient content, even though no mineral fertilisers are used in permaculture. The researchers therefore assume that the nutrient content of the crops grown on these soils is also higher.

According to the researchers, biodiversity also demonstrably benefits from the sustainable cultivation system. In addition to the significantly higher number of soil microbes, the number of bird species, earthworms and plant species on the permaculture plots was three times higher than on the conventional comparison fields. ‘Permaculture appears to be a much more ecologically sustainable alternative to industrial agriculture,’ summarises Reiff.

The researchers believe that the higher biodiversity is not only due to the absence of pesticides, but also to the cultivation of mixed crops, which are usually grown in combination with woody plants. The cultivation of trees and shrubs on arable land or pastureland is characteristic of so-called agroforestry systems, which are used in permaculture.

‘In view of the challenges of climate change and species extinction, the observed improvements in biodiversity over a larger area would represent a real trend reversal,’ emphasises ecosystem analysis expert Martin Entling from the RPTU.

No loss of yield through permaculture

In addition to the ecological benefits, the concept of permaculture also appears to be economically worthwhile. According to the study, the yields are comparable to those of industrial agriculture. The researchers plan to publish the relevant data soon.

Creating financial incentives for sustainable cultivation systems

The researchers conclude that in order for the permaculture system to become established on a large scale, not only would educational systems in agriculture have to be changed, but financial incentives would also have to be created in the EU and existing subsidies ‘restructured’ in favour of sustainable farming methods.

bb

Pfauenfedern oder Schmetterlingsflügel, wie die des Tagpfauenauges, faszinieren durch ihre Farbenpracht. Verantwortlich für diesen schillernden Effekt sind jedoch keine Pigmente, sondern winzige Strukturen, die das Licht auf besondere Weise reflektieren. Auch einige Bakterien haben das Talent, ähnlich glitzernde und schillernde Strukturen zu bilden. Bakterienkolonien mit dieser Begabung haben Forschende vom Exzellenzcluster „Balance of the Microverse" der Universität Jena nun genauer unter die Lupe genommen.

Mechanismus der bakteriellen Lichtreflektion untersucht

Das internationale Forschungsteam untersuchte darin, welcher Mechanismus diese Bakterienarten befähigt, Licht zu reflektieren, ohne Pigmente zu verwenden. An der Studie beteiligt waren Forschende vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, dem Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen, der Universität Utrecht, der Universität Cambridge und dem Netherlands Institute for Sea Research.

Im Rahmen der Studie wurde die DNA von 87 gefärbten und 30 farblosen Bakterienstämmen sequenziert und Gene identifiziert, die für diese Kolonien verantwortlich sind. Wie das Team in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) berichtet, wurde mithilfe Künstlicher Intelligenz ein Modell entwickelt, das auf der Grundlage der DNA vorhersagen kann, welche Bakterien diese Farben produzieren.

Farbreflektierende Bakterienstämme leben vorwiegend im Wasser

„Mit diesem Modell haben wir über 250.000 bakterielle Genome und 14.000 Umweltproben aus internationalen Open-Science-Repositorien analysiert“, sagt Bas Dutilh, Professor für Virale Ökologie und Omics an der Universität Jena und Forscher im Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“. „Wir haben herausgefunden, dass die Gene, die für die strukturelle Farbe verantwortlich sind, hauptsächlich in Ozeanen, Süßwasser und in speziellen Lebensräumen wie Gezeitenzonen und Tiefseegebieten vorkommen. Im Gegensatz dazu weisen Mikroben in wirtsassoziierten Lebensräumen, wie dem menschlichen Mikrobiom, nur eine sehr geringe strukturelle Farbe auf.“

Zur Überraschung der Forschenden kommen diese Gene auch in Bakterien vor, die in tiefen Ozeanen ohne Sonnenlicht leben. Zu den im Meer lebenden Mikrobenstämmen, die solch schillernde Farben reflektieren, gehört das Meeresbakterium Marinobacter alginolytica. So wie die Federn des Pfaus oder die Schmetterlingsflüge leuchtende Farben aufweisen, seien auch die Farben des Meeresbakteriums auf geordnete Strukturen zurückzuführen, die einen photonischen Kristall bilden und Interferenzeffekte verursachen, heißt es.

Inspiration für umweltfreundliche Farbstoffe und Materialien

Nach Ansicht der Forschenden deuten die Ergebnisse daraufhin, dass die Farbigkeit der Bakterienkolonien nicht nur dazu dient, Licht zu reflektieren, sondern „die Farben tiefere Prozesse der Zellorganisation mit wichtigen Funktionen widerspiegeln könnten, wie den Schutz der Bakterien vor Viren oder die effiziente Besiedlung von schwimmenden Nahrungspartikeln“. Diese Erkenntnisse könnten eine Inspiration sein, um umweltfreundliche Farbstoffe und Materialien zu entwickeln, die auf diesen natürlichen Strukturen basieren, schreibt das Team.

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Peacock feathers or butterfly wings, such as those of the peacock butterfly, fascinate with their splendid colours. However, it is not pigments that are responsible for this iridescent effect, but tiny structures that reflect the light in a special way. Some bacteria also have the talent to form similarly glittering and iridescent structures. Researchers from the Cluster of Excellence ‘Balance of the Microverse’ at the University of Jena have now taken a closer look at bacterial colonies with this talent.

Mechanism of bacterial light reflection investigated

The international research team investigated the mechanism that enables these bacterial species to reflect light without using pigments. Researchers from the Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, the Leibniz Institute DSMZ-German Collection of Microorganisms and Cell Cultures, Utrecht University, Cambridge University and the Netherlands Institute for Sea Research were involved in the study.

As part of the study, the DNA of 87 coloured and 30 colourless bacterial strains was sequenced and genes responsible for these colonies were identified. As the team reports in the journal ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’ (PNAS), artificial intelligence was used to develop a model that can predict which bacteria produce these colours based on the DNA.

Colour-reflecting bacterial strains live predominantly in water

‘We used this model to analyse over 250,000 bacterial genomes and 14,000 environmental samples from international open science repositories,’ says Bas Dutilh, Professor of Viral Ecology and Omics at the University of Jena and researcher in the Cluster of Excellence “Balance of the Microverse”. ‘We found that the genes responsible for structural colour are mainly found in oceans, freshwater and in specific habitats such as intertidal and deep-sea areas. In contrast, microbes in host-associated habitats, such as the human microbiome, have very little structural colour.’

To the researchers' surprise, these genes are also found in bacteria that live in deep oceans without sunlight. The marine bacterium Marinobacter alginolytica is one of the microbial strains living in the sea that reflect such iridescent colours. Just as the feathers of the peacock or the wings of butterflies have bright colours, the colours of the marine bacterium are also due to ordered structures that form a photonic crystal and cause interference effects, it is said.

Inspiration for environmentally friendly dyes and materials

According to the researchers, the results suggest that the colourfulness of the bacterial colonies not only serves to reflect light, but ‘the colours could reflect deeper processes of cell organisation with important functions, such as the protection of bacteria from viruses or the efficient colonisation of floating food particles’. These findings could be an inspiration to develop environmentally friendly dyes and materials based on these natural structures, the team writes.

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Am 1. Juli gingen drei Nachwuchsgruppen in der dritten Ausschreibungsrunde der Förderinitiative „Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie“ an den Start. Das Bundesforschungsministerium unterstützt hier junge Forschende dabei, mit eigenen Arbeitsgruppen innovative Ideen anzupacken. Das Ziel ist, die Bioökonomie neu und noch nachhaltiger zu gestalten. Die nun auserwählten Gruppen befassen sich mit der Rückgewinnung des seltenen Edelmetalls Palladium, biologischen Methylierungssystemen für die chemische Industrie und wie man mit verbesserten Rezeptoren die Immunität von Nutzpflanzen stärkt.

Die vielversprechenden Projekte setzten sich in einem Wettbewerb durch. Um die Projektideen zu realisieren, erhalten die Nachwuchsgruppen vom Bundesforschungsministerium jeweils bis zu 3 Mio. Euro für einen Zeitraum von fünf Jahren.

Rückgewinnung von Palladium

Das Edelmetall Palladium ist etwa so teuer wie Platin, das Kilo kostet rund 40.000 Euro, Stand 2024. Es ist Bestandteil vieler Katalysatoren in der chemisch-pharmazeutischen Industrie. Es dient vor allem in metallorganischen Katalysatoren zur Knüpfung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbindungen. Doch bislang werden Palladium-Katalysatoren fast nie recycelt, sondern als Abfall entsorgt.

Das Projekt Pep2Rec der Gruppe um Nora Schönberger am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf will das ändern. Es werden hochaffine Peptide entwickelt, die selektiv an Palladium aus Palladium-katalysierten Synthesegemischen binden. Solche spezifischen Peptide werden auf geeigneten Membranen immobilisiert. Die Peptide werden umfassend charakterisiert und durch KI-gestütztes rationales Design optimiert. Sie können in bewährte membranbasierte Trennverfahren integriert und regeneriert werden. Das Ergebnis ist ein einfaches Filtersystem, mit dem Palladium aus organischen Synthese-Mischungen der chemischen und pharmazeutischen Industrie abgetrennt werden kann. Ein Life-Cycle-Assessment bewertet den Einfluss von Pep2Rec auf Umwelt, Energie- und Materialgebrauch.

Mit Pep2Rec soll eine Technologieplattform geschaffen werden, mit der kritische Rohstoffe, die in verschiedenen Industriezweigen anfallen, zukünftig recycelt werden können. Damit leistet das Projekt einen Beitrag zur nachhaltigen Chemie und Pharmazie sowie zur rohstoffeffizienteren und kreislauforientierten Wirtschaft mithilfe der Bioökonomie.

Ob Knospenbildung, Blattaustrieb, Blüten- oder Fruchtbildung: Die Entwicklung einer Pflanze wird von den Jahreszeiten geprägt. Doch der Klimawandel und vor allem höhere Temperaturen haben in den vergangenen Jahren vielerorts den Lebenszyklus von Pflanzen verschoben. Solche phänotypischen Veränderungen im großen Stil zu erfassen, ist für Forschende essenziell, um Rückschlüsse auf die Auswirkungen des Klimawandels auf Pflanzen zu ziehen. Mit der Pflanzenbestimmungs-App Flora Incognita gibt es seit einigen Jahren ein Werkzeug, das Forschenden Beobachtungsdaten im großen Umfang dafür zur Verfügung stellt.

Ökologische Muster aus App-Daten abgeleitet

Ein Forschungsteam unter der Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig hat nun einen Algorithmus entwickelt, der die gesamten Daten der App  analysiert. Mithilfe dieser Auswertung können wiederum ökologische Muster abgeleitet werden, die ein klares Bild der Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenwelt zeichnen.

„Wenn ich mit der App eine Pflanze aufnehme, dann wird diese Beobachtung mit einem Orts- und Zeitstempel versehen“, sagt Koautorin Jana Wäldchen vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie (MPI-BGC), die Flora Incognita gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Ilmenau entwickelt hat. „Damit haben sich inzwischen Millionen von zeitgestempelten Pflanzenbeobachtungen aus verschiedenen Regionen angesammelt.“

Veränderungen im Jahreszyklus nachvollziehbar

Der Algorithmus greift auf fast 10 Millionen Beobachtungen von fast 3.000 Pflanzenarten zurück, die über die App zwischen 2018 und 2021 in Deutschland erfolgten. Obwohl Pflanzen verschiedene Blüh- und Vegetationsphasen aufweisen, konnten die Forschenden mithilfe des Algorithmus ein „Gruppenverhalten“ feststellen und daraus wiederum ökologische Muster ableiten und deren Veränderungen innerhalb eines Jahreszyklus nachvollziehen. So würden sich etwa Ökosysteme am Fluss von denen in den Bergen unterscheiden, wo phänologische Ereignisse später einsetzen, schreiben die Forschenden im Fachmagazin „Methods in Ecology and Evolution“.

Algorithmus berücksichtigt Benutzerverhalten der App

Demnach berücksichtigt der Algorithmus auch, dass die Pflanzenbeobachtung per App durch die Nutzerinnen und Nutzer im Vergleich zu klassischen Datenerhebungen nicht systematisch erfolgt, sondern gehäuft an Wochenenden und in dicht besiedelten Gebieten stattfindet.  „Unsere Methode kann diese Effekte von den ökologischen Mustern automatisiert isolieren“, erklärt Erstautorin Karin Mora, Wissenschaftlerin an der Universität Leipzig und bei iDiv. „Weniger Beobachtungen bedeuten auch nicht, dass wir die Synchronisation nicht erfassen können. Natürlich gibt es im tiefen Winter sehr wenige Beobachtungen, aber da gibt es auch nur sehr wenige Pflanzen, die man beobachten kann.“

Die Forschenden sind überzeugt, dass sich mithilfe des neuen Algorithmus die Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenwelt besser untersuchen lassen. Welche Folgen die jahreszeitlichen Verschiebungen für die Beziehung von Pflanzen und Insekten und somit für die Ernährungssicherheit haben, wird derzeit noch untersucht.

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Whether bud formation, leaf emergence, flower or fruit formation: The development of a plant is characterised by the seasons. However, climate change and, above all, higher temperatures have shifted the life cycle of plants in many places in recent years. Recording such phenotypic changes on a large scale is essential for researchers in order to draw conclusions about the effects of climate change on plants. With the plant identification app Flora Incognita, a tool has been providing researchers with observation data on a large scale for several years.

Ecological patterns derived from app data

A research team led by the German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) and the University of Leipzig has now developed an algorithm that analyses all of the app's data. This analysis can in turn be used to derive ecological patterns that paint a clear picture of the effects of climate change on the plant world.

‘When I record a plant with the app, this observation is given a location and time stamp,’ says co-author Jana Wäldchen from the Max Planck Institute for Biogeochemistry (MPI-BGC), who developed Flora Incognita together with scientists from Ilmenau University of Technology. ‘This means that millions of time-stamped plant observations from different regions have now accumulated.’

Comprehensible changes in the annual cycle

The algorithm draws on almost 10 million observations of almost 3,000 plant species that were made via the app between 2018 and 2021 in Germany. Although plants have different flowering and vegetation phases, the researchers were able to use the algorithm to determine ‘group behaviour’ and in turn derive ecological patterns and track their changes within an annual cycle. For example, ecosystems by the river would differ from those in the mountains, where phenological events start later, the researchers write in the journal ‘Methods in Ecology and Evolution’.

Algorithm takes user behaviour of the app into account

Accordingly, the algorithm also takes into account the fact that plant observation via the app by users is not systematic compared to traditional data collection, but is more frequent at weekends and in densely populated areas.  ‘Our method can automatically isolate these effects from the ecological patterns,’ explains first author Karin Mora, a scientist at Leipzig University and iDiv. ’Fewer observations do not mean that we cannot record the synchronisation. Of course, there are very few observations in the depths of winter, but there are also very few plants that can be observed.’

The researchers are convinced that the new algorithm will allow them to better analyse the effects of climate change on the plant world. The consequences of the seasonal shifts for the relationship between plants and insects, and therefore for food security, are still being investigated.

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Ob Möbel, Parkett oder Musikinstrumente: Das Holz der Esche wird wegen seiner guten Eigenschaften seit Jahrhunderten geschätzt und vielseitig genutzt. Doch der Bestand schrumpft, weil ein Pilz dem Baum den Garaus macht. Seit Beginn der 1990er Jahre werden regelmäßig Triebe und Äste gewöhnlicher Eschen von dem Pilz Hymenoscyphus fraxineus befallen, der den Baum schwächt und schließlich absterben lässt. Eine wirksame Lösung gegen das Eschentriebsterben gibt es bisher nicht.

Bakterien aus gesunden Eschenblättern hemmen Pilzwachstum

Nun haben Forschende vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) einen vielversprechenden Kandidaten gefunden, der möglicherweise den gefährlichen Pilz in Schach halten kann. Fündig wurde die Forschungsgruppe um Andreas Ulrich in den Blättern gesunder Eschenbäume. Dort stieß das Team auf Bakterien, die das Potenzial haben, das Wachstum des gefährlichen Pilzes zu hemmen und damit das Eschentriebsterben zu stoppen.

Wie die Forschenden in der Fachzeitschrift „Systematic and Applied Microbiology“ berichten, handelt es sich dabei um das Bakterium Schauerella fraxinea. Im Rahmen der Studie wurde der Bakterienstamm isoliert, genetisch analysiert und taxonomisch als neue Gattung beschrieben.  Außerdem wurden mithilfe der Genomanalyse auch Gene entdeckt, die den Forschenden zufolge „an der Produktion von Substanzen beteiligt sind, die das Pilzwachstum hemmen“.

Bakterium stärkt Widerstandsfähigkeit des Baumes

Die Forschenden sind überzeugt, dass der aus den Blättern gesunder Eschen isolierte Bakterienstamm künftig eine entscheidende Rolle bei der Eindämmung der verheerenden Baumkrankheit spielen kann. Demnach deutet vieles darauf hin, dass das Bakterium zur Widerstandsfähigkeit der Bäume beiträgt, denn es wurde auf gesunden Blättern häufiger gefunden als auf befallenen Eschenblättern. Mit der Nutzung des natürlichen Mikrobioms gesunder Eschen gebe dieser Ansatz Hoffnung, dass die Baumart als wichtiger Bestandteil der Biodiversität in Laubmischwäldern erhalten werden könne, schreiben die Forschenden.

Wechselwirkung zwischen Bakterium und Pilz wird erforscht

„Unsere nächsten Schritte zielen darauf ab, die Mechanismen zu verstehen, durch die Schauerella fraxinea Eschen gegen das Eschentriebsterben schützt. Dazu planen wir weitere Labor- und Feldstudien, um die Wechselwirkungen zwischen dem Bakterium und dem Pilz zu untersuchen“, so Andreas Ulrich.

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Immer mehr junge Menschen stellen sich die Frage, wie sie konkret eine Zukunft mitgestalten können, die unsere Wirtschaftsweise mit dem Klima- und Umweltschutz in Einklang bringt. Die Bioökonomie hält dafür eine Vielzahl von innovativen Verfahren, Produkten und Lösungsansätzen bereit. Hinter all dem stehen Menschen, die mit Kreativität, Wissen und Forschergeist einen individuellen Beitrag dazu leisten.

Bioökonomie aktiv mitgestalten

Am 7. November 2024 findet im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) am Berliner Dienstsitz die Veranstaltung „Zukunftsperspektive Bioökonomie” statt. Dabei stehen junge Menschen im Vordergrund, die die Bioökonomie aktiv mitgestalten. Sie haben ganz unterschiedliche Jobs, Lebens- und Ausbildungswege und dennoch einen gemeinsamen Nenner: ein großes Engagement für die Bioökonomie und damit für eine nachhaltigere Welt.  

Diskussionsrunden, Innovationen, interaktiver Workshop

Wie dieser Einsatz in Wissenschaft, Forschung, Wirtschaft und Ehrenamt konkret aussieht, wird in vier Diskussionsrunden und drei Keynotes erörtert. Damit wird der Kern der Bioökonomie herausgestellt und es werden Innovationen zum Beispiel in der Biotechnologie präsentiert. Wir binden das junge Publikum aktiv ins Programm ein – beispielsweise durch einen interaktiven Workshop und digitale Umfragen.