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Der Beruf des Landwirts hat in der Familie von Robert Hagemann Tradition. Doch ohne die Wiedervereinigung wäre der gebürtige Niedersachse wohl nie in die Fußstapfen von Großvater und Vater getreten. Hagemann war 15 Jahre alt, als es die Familie 1990 in die Prignitz zog und dort fernab der alten Heimat einen landwirtschaftlichen Betrieb in Groß Pankow gründete. „Mein Vater hat immer von einem eigenen großen Betrieb geträumt. In meiner alten Heimat hatten wir aber nicht die Perspektive, die wir dann hier vorgefunden haben“, erinnert sich der heute 41-Jährige.

Nachhaltigkeit lohnt sich

Nach einer Ausbildung zum Landwirt und mit dem Landwirtschaftsmeister in der Tasche stieg Robert Hagemann 1995 offiziell in das Familienunternehmen ein. Seither ist er Gesellschafter der Hagemann Dienste GmbH in Groß Pankow. Unter seiner Leitung hat sich das Familienunternehmen zu einem Aushängeschild der modernen Landwirtschaft entwickelt. Ob Ackerbau, Schweinemast, Futtermittelproduktion oder Biogasanlage: Robert Hagemann weiß die Vorteile der modernen Technik zu nutzen, um seinen Betrieb auf nachhaltige Weise nach vorn zu bringen. Er ist überzeugt: „Nachhaltigkeit ist das Beste für alle. Für die Umwelt und für den Geldbeutel.“

Gülle und Sonne liefern Strom und Wärme

Als Hagemann in den Familienbetrieb einstieg, stand der Ackerbau noch im Mittelpunkt. 1996 kam die Schweinemast hinzu. Heute sind es bis zu 8.000 Tiere, die am Standort in Kuhsdorf in klimatisierten und hellen Ställen mit ausreichend Platz gemästet werden. Strom und Wärme für Büro und Stall liefert seit 2012 eine eigene Biogasanlage. Hierfür wird die Gülle aus dem Stall automatisch nach außen befördert und in der Biogasanlage verarbeitet. „Dass ich mit diesen 8.000 Schweinen noch Strom für 4.000 Haushalte produziere, weil ich den Kot nicht mehr direkt aufs Feld, sondern in die Biogasanlage fahre, spart unheimlich viel Geld und zeigt, wie sich nachhaltige Kreisläufe schließen“, betont er. Die Tiere wiederum werden unter anderem mit Abfällen gefüttert, die als Reststoffe in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion anfallen. 80% der Energie, die zum Heizen der Ställe benötigt wird, stammen zudem von der hauseigenen Photovoltaikanlage.

Höhere Erträge und bessere Arbeitsbedingungen 

Digitalisierung und Nachhaltigkeit sind für Hagemann der Motor der Zukunft. „Dank der technischen Entwicklung, haben sich die Erträge in den vergangenen 100 Jahren versechsfacht und die Arbeitsbedingungen für den Landwirt verbessert. Mähdrescher und Schlepper sind wie Oberklassewagen ausgestattet und die Ställe sind heute keine Katakomben mehr, sondern hell und freundlich, damit sich Tier und Mensch wohlfühlen. Auch die Fütterung der Tiere und das Ausmisten der Ställe erfolgt heutzutage automatisch“, resümiert Hagemann.

Zu Zeiten seines Großvaters war Feldarbeit und Tierhaltung noch kraft- und zeitaufwendig. Von einem geregelten Arbeitstag oder Urlaubsreisen konnten viele Bauern nur träumen. „Die Digitalisierung hat unsere Arbeitsbedingungen und die Lebensqualität enorm verbessert. Da gibt es auch Freizeit und Urlaub“, bestätigt der vierfache Familienvater. Neben Sport, Lesen und Reisen ist es vor allem die Jagd, die dem Landwirt den notwendigen Ausgleich verschafft.

Mit dem Handy Feld und Stall unter Kontrolle

Mit dem Smartphone hat Hagemann sein Büro immer dabei und seinen Betrieb unter Kontrolle. Tabellen und Grafiken zeigen, welches Gewicht die Schweine haben, ob die Fütterung läuft, ob der Weizen reif ist oder wie effektiv die Biogasanlage arbeitet. Auch seine Mitarbeiter sind dank der Technik immer online und wissen, was auf dem Feld, im Stall oder in der Biogasanlage geschieht.

Insbesondere das satellitengestützte GPS-System hat Hagemann zufolge dazu beigetragen, dass die Feldarbeit heute effektiver und angenehmer ist. „Mithilfe von GPS können wir größere Arbeitsbreiten überblicken. Früher war der Fahrer damit völlig überlastet. Heute fährt die Maschine eigenständig und der Fahrer überwacht nur noch das System.“ Denn Sensoren ermitteln, in welcher Höhe der Weizen abzuschneiden ist, wo und wie viel gedüngt werden muss, und wie hoch der Ernteertrag ist.

Prozesse besser überwachen

Eine digitale Karte dient dem Mähdrescherfahrer als Basis für die nächste Tour über den Acker. Diese Überwachungstätigkeit macht nicht nur den Blick für das Wesentliche frei. Es spart auch Zeit und Ressourcen. Hagemann: „Ich bin dankbar, dass uns die Digitalisierung die Möglichkeiten gibt, unsere Prozesse besser zu überwachen, Kosten zu sparen und effektiver zu sein.“

Technik macht Landwirtschaft attraktiv

Durch die Digitalisierung ist die Landwirtschaft Hagemann zufolge zudem umweltfreundlicher denn je und als Branche wieder attraktiv. Vor allem junge Frauen würden sich für den Beruf des Landwirts interessieren. Das zunehmende Interesse gibt dem Wahl-Brandenburger Hoffnung, dass die moderne Landwirtschaft eine Zukunft hat. Dafür engagiert sich der Unternehmer in seiner Freizeit ehrenamtlich in zahlreichen Verbänden auf Kreis- und Landesebene. „Ich möchte, dass die Landwirtschaft auch im 22. Jahrhundert noch eine Rolle in Deutschland spielt. Die Leute sollen die Notwendigkeit und die Vielfalt der Landwirtschaft erkennen und nicht immer nur die Nachteile sehen. Das liegt mir am Herzen.“

Ob auch Hagemanns Söhne in die Fußstapfen des Vaters treten werden, ist zwar noch nicht absehbar. Seine Erfahrungen will der 41-Jährige auf jeden Fall an die nächste Generation weitergeben. „Als Landwirtssohn weiß ich, dass die Ressourcen Boden, Luft und Wasser unser Heiligtum sind, und wir sie schützen müssen. Da dürfen wir uns nicht vom Zeitgeist irreführen lassen, sondern müssen konsequent und nachhaltig unseren Weg gehen.“

Autorin: Beatrix Boldt

The profession of farming has a long tradition in Robert Hagemann’s family. Without the German reunification, however, it is unlikely that the native of Lower Saxony would have followed in the footsteps of his grandfather and father. In 1990, the family of the then 15-year-old Robert Hagemann moved to the region of Prignitz, where they established an agricultural business in Groß Pankow, far from his old home. “My father had always dreamed of having his own large company. But in Lower Saxony, we simply didn’t have the possibilities that we found here, in the former East Germany,” recalls the 41-year-old.

Sustainability pays off

In 1995, after training as an agronomist and with a master’s diploma in farm managing in his pocket, Robert Hagemann officially joined the family business. Since that time, he has been active as a partner of Hagemann Dienste GmbH in Groß Pankow, and under his leadership, the family business has developed into a role model for modern agriculture. From agriculture to pig farming, fodder production or the intricacies of a biogas plant: Robert Hagemann knows how to exploit modern technology in order to drive his business forward in a sustainable manner. He is convinced that “Sustainability is in everyone’s best interests. For our environment and also our wallets.”

Slurry and sun provide power and heat

When Hagemann originally joined the family business, the focus was predominantly on agriculture. In 1996, the company branched out to include pig fattening. Today, at the site in Kuhsdorf, up to 8,000 animals are fattened in air-conditioned and bright stables with plenty of space. Since 2012, their own-operated biogas plant supplies electricity and heat for the office and stables. Here, the slurry is automatically transported out of the stables for later processing in the biogas plant. “I produce electricity for 4,000 households with these 8,000 pigs, all because I no longer transport the slurry out to the fields but use it instead in the biogas plant. This saves a great deal of money and is a demonstration of how to make a sustainable closed loop economy work.” In turn, the feed for the animals also includes waste residues from food and beverage production. 80% of the energy required to heat the stables comes from the building’s own photovoltaic system.

Higher yields and improved working conditions 

For Hagemann, digitisation and sustainability are the engines of the future. “Thanks to technological developments, the yields have increased six-fold over the past 100 years, and farmers’ working conditions have improved a lot. Modern harvesters and tractors have fittings that wouldn’t look out of place in a luxury car, and stables are no longer gloomy, but are bright and friendly, which benefits both the animals and the employees. The animal feeding and the mucking-out of stables is now automatic,” explains Hagemann.

Back in his grandfather’s time, such field work and animal husbandry was time-consuming and energy-sapping, and most farmers could only dream of regular working hours or proper holidays. “Digitisation has greatly improved our working conditions and quality of life. Now we have free time and even vacations,” confirms the father of four. Alongside reading and travel, the farmer loves nothing more than to go hunting, which helps provide balance to his work and responsibilities.

A smartphone to keep tabs on the fields and stables

Hagemann has his office with him at all times, and always has an overview of operations. Tables and graphs not only display the weight of the pigs, but also whether the fodder is being supplied as needed, the ripeness of the wheat and how effectively the biogas plant is operating. Aided by this technology, his employees are always online and are up to date with conditions on the fields, as well as in the stables and at the biogas plant.

In particular, satellite-based GPS systems have helped make field work more effective and convenient. “With the help of GPS, we are able to survey larger working widths. In earlier times, the driver was completely overloaded by this task, whereas today, the machine drives independently and the driver only needs to monitor the system.” This is possible because sensors can determine the height at which to cut the wheat, as well as where to apply fertiliser and the quantity that is required. When all is said and done, the sensors also provide a figure for the final crop yield.

More effective monitoring of processes

A digital map provides the combine harvester operator with information on his or her next tour of the field. This monitoring activity not only allows operators to focus on the essentials, but also saves time and resources: “I’m grateful that digitisation gives us the opportunity to better monitor our processes, cut costs and be more effective in general.”

Technology lends appeal to agriculture

According to Hagemann, agriculture is now more environmentally friendly than ever before, and as a result of digitisation, more attractive as an industry in which to work. Young women in particular are showing a greater interest in taking up the profession of farmer. For Hagemann, this is a positive indication that modern agriculture has a bright future. In his free time, the entrepreneur takes part in volunteer work for numerous regional and federal associations. “I want agriculture to still be playing a role in the Germany of the 22nd Century. People must recognise the need for and diversity of agriculture, and not always see the downsides. This is something that is genuinely close to my heart.”

Hagemann cannot predict whether his own sons will follow in the footsteps of their father. In any case, the 41-year-old is hoping to pass on his experience to the next generation. “As the son of a farmer, I am very aware that the resources of land, air and water are our sanctuary, and we must protect them. In this task, it’s important that we are not beholden exclusively to prevailing wisdom, but take a consistent and sustainable path.”

Viele unserer Nahrungsmittel erhalten ihren speziellen und gewohnten Geschmack erst durch den Einsatz bestimmter Mikroorganismen und Veredelungsprozesse. Brot, Bier, Joghurt und Wein sind nur einige dieser Lebensmittel. Der Geschmack eines Weines wird beispielsweise maßgeblich durch lokale Faktoren mitbestimmt. Jedes Anbaugebiet bietet Weinpflanzen einzigartige Wachstumsbedingungen durch unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten und verschieden ausgeprägte Sonneneinstrahlung. Dies wiederum führt zur Ansiedlung unterschiedliche Mikroorganismen und dadurch entstehen die charakteristischen Geschmacksrichtungen.

Wie Mikroben das Weinaroma bestimmen

Doch diese mikrobiell-bedingten Aromen sind auch Veränderungen durch den Klimawandel ausgesetzt. Denn je nach Temperatur und Feuchtigkeit verwenden die Mikroben unterschiedliche Stoffwechselwege und bilden dementsprechend unterschiedliche Aromen aus. Inzwischen sorgt der Klimawandel aber auch dafür, dass neue Fäulnisprozesse stattfinden, die es früher nicht gab. Manche führen zu Ernteverlusten, manche zur Qualitätssteigerung. Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben sich diese Fäulnisbildung bei Weintrauben daher einmal genauer angeschaut.

Welche Auswirkung hat neue Fäulnis? 

 „Im Zusammenhang mit dem Klimawandel gewinnt der Einfluss mikrobieller und klimatischer Bedingungen auf das Aroma von Wein zunehmend an Bedeutung, da das Weinaroma je nach Sorte und Standort sowohl positiv als auch negativ beeinflusst werden kann“, sagt Andrea Büttner, Professorin für Aromaforschung an der FAU. „Mitunter tritt in neuerer Zeit an Rebstöcken eine durch Mikroorganismen und Keime verursachte Fäulnis auf, die zuvor weniger oder kaum relevant war.“ Fäulnisprozesse oder Pilzbefall sind zwar nicht grundsätzlich schädlich – bei Schimmelkäse oder Trüffeln ist eine Edelfäule und der Aromabeitrag von Mikroorganismen ausdrücklich erwünscht – „Doch derselbe Keim kann in anderem Kontext, je nach Stärke seiner Ausprägung unerwünschte Auswirkungen erzeugen“, erläutert Büttner.

Eine Traubenfäule mit zwei Gesichtern

Genau diese Fäulnisbildung hat bei Trauben einen großen Einfluss auf die Most- und Weinqualität. Daher untersuchte die FAU-Wissenschaftlerin zusammen mit Wissenschaftlern der Universität Geisenheim die Hauptaromakomponenten in Mosten und den daraus hergestellten Weinen. Untersucht wurden zweierlei Proben verschiedener Traubensorten. Einerseits gesunde, aber auch solche, die von Schimmelpilzen befallen waren. Die Traubenfäule Botrytis cinerea wurde dabei genauer analysiert, denn diese kann einerseits zu erheblichen Ernteverlusten führen, andererseits aber auch zur Qualitätssteigerung beitragen. „Unsere Vorfahren haben durch Versuch und Irrtum herausgearbeitet, welche zu Veredelung führen und welche schädlich sind. Heute können wir diese Prozesse systematisieren und umfassend wissenschaftlich beleuchten“, so Büttner.

Fäulnispilz sorgt für fruchtige Aromen

Wie die Forscher in den Fachjournalen Frontiers in Chemistry, Food Chemistry section, sowie bei Food Chemistry berichten,  erzeugt Botrytis cinerea in seiner negativen Verderbsform als Schimmelpilz zwar diverse erdig riechende Substanzen, aber gleichzeitig bildet er auch fruchtige und florale Aromanoten. In nachfolgen Studien wollen die Wissenschaftler nun untersuchen, ob und wie Winzer diese speziellen Aromen nutzen können: „Wir möchten auch für neuartige oder veränderte Traubenfäulen ein Konzept entwickeln, wie durch Steuerung der Mikroorganismen-Besiedlung, neue – für Verbraucher interessante - Aromen entstehen können“, sagt Büttner. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wollen sie außerdem Strategien für Weinproduzenten ableiten, wie diese mit veränderten Rahmenbedingungen umgehen und neue Märkte erschließen können.

jmr

Vor einem Jahr war das Jahrestreffen des Rates für Nachhaltige Entwicklung (RNE) das Podium, um über den Entwurf einer neuen deutschen Nachhaltigkeitsstrategie zu diskutieren. Das Ergebnis präsentierte die Bundesregierung im Januar in Form der „Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie“. Darin wird erstmals aufgezeigt, wo Deutschland bei der Umsetzung der von den Vereinten Nationen im Jahr 2015 aufgesetzten globalen Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals, SDGs) tatsächlich steht und zugleich festgeschrieben, wie die Herausforderungen gemeistert werden sollen. Schon damals war klar: Bei einem Großteil der 17 Ziele spielt die Bioökonomie eine maßgebliche Rolle. Das wurde 2015 beim Global Bioeconomy Summit in Berlin deutlich, zu dem der Deutsche Bioökonomierat geladen hatte. 

Beim diesjährigen 17. Jahrestreffen des Nachhaltigkeitsrates ging es nunmehr um Fragen, wie eine nachhaltige Entwicklung tatsächlich gelebt wird, und was jeder einzelne dafür tun und ändern kann.

Mehr Investition in nachhaltige Infrastruktur

Rund 1.000 Gäste aus Politik, Wirtschaft und Forschung sind dafür am 29. Mai ins Berliner Congresscentrum am Alexanderplatz gekommen. Das Motto „Wissen, wählen, wünschen“ sollte zeigen, dass das Wissen um die Notwendigkeit einer nachhaltigen Entwicklung in Deutschland noch zu wenig gelebt wird. Aus Sicht des Nachhaltigkeitsrates ist Deutschland noch nicht auf dem „Nachhaltigkeits-Pfad“. Daher müssten die Bemühungen „mit großer Kraft weiter gehen“, betonte Ratsvorsitzende Marlehn Thieme zum Auftakt der Jahreskonferenz. Eine ihrer Kernforderungen: Die Bundesregierung soll das Thema Nachhaltigkeit im Grundgesetz verankern. „Das Grundgesetz hat Nachhaltigkeit verdient“, argumentierte Thieme. In ihrer Rede ermutigte sie die Bundesregierung, verstärkt in eine nachhaltige Infrastruktur  wie etwa in eine öffentliche und nachhaltige MobiIität, in Bildung, sozialen Wohnungsbau und nachhaltige Stadtentwicklung zu investieren. „Wir brauchen Investitionen in eine lebenswerte Zukunft, die Antworten auf die zunehmenden sozialen Verwerfungslinien innerhalb unserer Gesellschaft hat“, so Thieme.

Verschiedene Lebensräume erfordern unterschiedliche Lebensweisen. Im Laufe der Evolution haben sich über Jahrmillionen verschiedenste Tierarten an ihr jeweiliges Habitat angepasst. Und auch Honigbienen unterscheiden sich je nach Lebensraum in Form und Verhalten deutlich voneinander. Allein in Ostafrikas Savannen und den höher gelegenen Bergwäldern Kenias gibt es zwei sehr unterschiedliche Honigbienenpopulationen, die sich ihren jeweiligen Lebensbedingungen angepasst haben.

Welche Rolle spielen Gene beim Umweltverhalten?

Ein Forscherteam um Martin Hasselmann von der Universität Hohenheim und dem Länderinstitut für Bienenkunde Hohen Neuendorf aus Deutschland hat gemeinsam mit schwedischen Kollegen von der Universität Uppsala herausgefunden, dass das Erbgut dieser beiden Populationen zwar zu fast 98,6% identisch ist. Doch auf zwei Erbgutabschnitten unterscheidet sich die Information offenbar sehr deutlich. Dies gilt vor allem für solche Gene, die besonders wichtig sind, um die Umwelt wahrzunehmen und auf sie zu reagieren, berichten die Wissenschaftler im Fachjournal PLOS Genetics.

„Uns hat interessiert, wie Lebewesen es schaffen, sich besonders an die Umwelt anzupassen“, berichtet Martin Hasselmann, Leiter des Fachgebiets Populationsgenomik bei Nutztieren an der Universität Hohenheim. „Und wir wollten wissen, ob sich diese Anpassung bei den beiden Bienenpopulationen in genetischen Unterschieden nachweisen lässt.“

Kleine Unterschiede mit großem Effekt

Untersucht wurden zwei unterschiedliche Populationen: Die dunklen ostafrikanischen Berghonigbienen leben in Kenia im kühlen und feuchten Regenwald oberhalb von 2000 Höhenmetern, und haben sich extrem gut an diese besonderen Umweltbedingungen angepasst. Nur wenige Kilometer entfernt, aber durch über 1000 Höhenmeter getrennt, leben wiederum die helleren Honigbienen in der kenianischen Savanne. Ihr Lebensraum ist deutlich trockenerer.

Für den genetischen Vergleich der Tiere haben die Forscher unter der Leitung von Hasselmann das Erbgut von insgesamt 39 Bienen mit Hochdurchsatzverfahren entschlüsselt, darunter 20 Bergbienen und 19 Savannenbienen. Dabei fanden sie zu ihrer Überraschung zunächst eine hohe Ähnlichkeit heraus: beide Populationen verfügen zu 98,6% über ein sehr ähnliches Erbgut. Dafür sind die Unterschiede in den restlichen 1,4% sehr stark. 

Gene mit Einfluss auf Lernverhalten extrem unterschiedlich

Nach Analyse der Forscher liegen diese extremen genetischen Unterschiede auf zwei Abschnitten auf zwei Chromosomen. Dort befinden sich vor allem Schlüsselgene, die das Sammel- und Lernverhalten der Bienen beeinflussen. Sie steuern, wie sich die Bienen bei der Nahrungssuche verhalten, und wie sie sich Informationen merken. „Die Bergbienen nehmen offenbar ihre Umwelt anders wahr“, erklärt Hasselmann. „Wir haben Hinweise, dass sie sich an diese besonderen Umweltbedingungen vor vielen Millionen Jahre anpasst haben, und vermuten, dass sie zum Beispiel beim Lernen oder Erinnern beim Futtersammeln den Bienen in der Savanne überlegen sind.“

Besondere Chromosomenstruktur sorgt für genetische Unterschiede

Auch der zugrundeliegende molekulare Mechanismus der genetischen Unterschiede sei sehr außergewöhnlich, fanden die Forscher heraus. „Wir haben einen interessanten Mechanismus entdeckt, der diese genetische Differenzierung am besten erklären kann“, sagt Hasselmann. „Die Struktur im Chromosom der Bergbienen ist anders als bei anderen Bienen. Sie sind zum Teil invertiert. Das heißt, durch diese Neukombination wurden einzelne Abschnitte von Genvarianten fixiert, die sich stark zwischen den Bienenpopulationen unterscheiden.“ Diese Anpassung sei einzigartig unter den Honigbienen – bisher wurden weltweit noch keine anderen Honigbienen  gefunden, die diese genetische Variante in dieser Form besitzen. Nun wollen die Forscher mit weiteren Experimenten herausfinden, ob sie mit ihren Vermutungen zum Verhalten der Bienen richtig liegen.

jmr

Bienen gehört zum Sommer wie der Schnee zum Winter. Doch das Summen der Insekten wird immer leiser. Mehr als die Hälfte der 561 Wildbienenarten stehen in Deutschland bereits auf der Roten Liste. Insbesondere der dramatische Verlust der Wildbienen ließ Forscher im Herbst vergangenen Jahres  Alarm schlagen. In einer Resolution zum Schutz der Bestäuber forderten 77 deutsche Wissenschaftler von der Bundesregierung Sofortmaßnahmen. Auf Forscherseite gibt es nun Unterstützung durch das Bundesprogramm Biologische Vielfalt, das durch das Bundesamt für Naturschutz im Auftrag des Bundesumweltministeriums koordiniert wird.  

Lebensräume für Wildbienen sichern

Im Rahmen eines neuen Projektes "BienABest" soll in den kommenden sechs Jahren nun versucht werden, dem Bienensterben in Deutschland Einhalt zu gebieten. „Wir brauchen dringend Projekte wie dieses, die den Wildbienen neuen Lebensraum geben. Denn Natur und Menschen sind dringend auf die Bestäuber angewiesen“, betonte Bundesumweltministerin Barbara Hendrick zum Projektstart Ende Mai. Hendricks zufolge ist der Bienenschwund  eine Folge des Umgangs der Menschen mit der Natur. „Es wird viel zu viel gemäht, gedüngt und gespritzt, ganze Lebensräume verschwinden. Mit dem Blütenangebot nimmt auch die Nahrungsgrundlage für die kleinen Natur-Dienstleister ab.“

Artenbestimmung im Gelände

Im Zentrum des Projektes „BienABest", das durch den VDI sowie der Universität Ulm koordiniert und dem BfN fachlich begleitet wird, steht die Entwicklung eines Bestimmungsschlüssels. Dieser soll die Artbestimmung der Mehrzahl der Wildbienenarten direkt im Gelände ermöglichen. Ziel soll sein, dass die Wildbienen künftig lebend bestimmt und anschließend wieder freigelassen werden können. Auf diese Weise soll geholfen werden, Aussagen zur Bestandentwicklung zu machen, ohne in die Populationen einzugreifen. Außerdem sollen Sachverständige in den neuen Methoden und Standards geschult werden, damit sie zukünftig beraten und prüfen können. Diese neuen Standards sollen schließlich in vier VDI-Richtlinien festgeschrieben werden, damit sie dauerhaft verfügbar, deutschlandweit übertragbar und für ein Monitoring genutzt werden können. Auch mit der Entwicklung von Saatgutmischungen und der Erprobung und Anlage von Nahrungshabitaten – speziell für Wildbienen – wollen die Wissenschaftler versuchen, die Ursachen für den Artenverlust bei Wildbienen  zu bekämpfen.

Darüber hinaus sollen Saatgutmischungen entwickelt und Nahrungshabitate für Wildbienen angelegt und erprobt werden, um wichtigen Ursachen für den Rückgang der Bienen entgegenzuwirken.

bb

Different habitats require different ways of life. Throughout evolution and over the course of millions of years a multitude of animal species have adapted to their respective homes. Even honey bees differ from one another in their behaviour. East African honey bees, for instance, live either in the dry savannahs or in the darker and damper mountain forests – each environment requires their own skill set. Researcher at the universities of Hohenheim and Uppsala, and the Institute for Bee Research Hohen Neuendorf e.V. found out that 98.6% of the genetic code of these two bee populations was identical. But two stretches of the genetic code differ in their information between the two populations. This affects mostly those genes that are necessary to experience and react to the environment. The results of their research were published in the journal “PLOS Genetics”.

Two different bee populations in East Africa studied

The dark East African mountain honey bees live in the cool and damp rain forest 2000 metres above the ocean -  and are very well adapted to their surroundings. Only a few kilometres apart but separated by more than 1000 metres in altitude the fairer Kenyan savannah honey bees live. Although their environment is significantly dryer than that of their mountain cousins, they also adapted very well to their surroundings. “We are interested in how living beings are able to adapt to special surroundings”, explains Martin Hasselman, head of the subject area population genomics of livestock at the University Hohenheim. “And we wanted to know, whether these adaptations of the bee populations could be measured via genetic differences.”

In order to answer that question an international team of researchers headed by Hasselmann analysed the genetic material of 39 bees – 20 mountain bees and 19 savannah bees. Their results show that the populations are identical for 98.6% of their DNA – but differ widely in the remaining 1.4%. “Thus, these two populations are very similar, almost identical. However, wherever they differ, they differ to an extreme extent”, says Hasselmann.

A small genetic difference determines specialized behaviour

These extreme genetic differences are on two sections of two chromosomes. In these sections mostly those kind of genes are located, which affect the cognitive behaviour of bees. They determine how bees look for food and how they learn new information. “Mountain bees most likely experience their surroundings differently”, explains Hasselmann. “We have reasons to believe that these bees adapted to their particular environment millions of years ago. And we assume that these bees are superior to the savannah bees, when it comes to learning or remembering new food sources.”

Special chromosomal structure

The molecular reason for this genetic difference is just as spectacular: “We have identified a very interesting mechanism that could explain this genetic differentiation”, says Hasselmann. “The structure of the chromosomes of mountain bees is different than for other bees. They are partly inverted. This enabled novel combinations within the genetic code, which were then stabilized, and differ widely between the bee populations.” This adaptation appears to be unique among honey bees worldwide – so far no other honey bees have been found that display this genetic variant.

jmr

At the end of May, as part of the EU Green Week 2017, the Green Awards ceremony was held. An expert jury had previously chosen a total of 15 finalist projects for the three categories Environment, Nature and Biodiversity, and Climate Action. The winners for each category were chosen by public vote on Facebook. The awards for the categories Environment as well as Nature and Biodiversity were presented by Karmenu Vella, the European Commissioner for Environment, Maritime Affairs and Fisheries. Each category awarded two winners: in the category Environment BREAD4PLA and SOL-Brine were chosen. The Spanish circular economy project BREAD4PLA recycles bakery waste to produce 100% biodegradable plastic film for food packaging. The Greek project SOL-BRINE installed a closed loop solar-powered brine treatment system at a desalination plant in the Cyclades, which saves water by separating the brine waste into two useful by-products: dry salt and water.

Green jobs for a greener future

The EU Green Week is an annual event focussing on European environmental policy and is organised by the European Commission's Directorate-General for Environment. Participants are policymakers, leading environmentalists, stakeholders, and other interested parties from across Europe and the globe. This years’ theme of the event was “Green jobs for a greener future”, and thus highlighted how EU environmental policies are creating green jobs and contribute to an economic, sustainable and socially responsible growth in the EU. The green economy has been steadily growing for nearly 20 years now. During that time over 4 million jobs have been created, however, recent statistics show that these numbers are stagnating. Considering climate change and circular economy goals, things need to change soon. Speaking at the EU Green Week 2017, Karmenu Vella said: “It’s not about white collar or blue collar jobs, it’s about moving to green collar. We need to find ways of making green the new normal - initiatives under the EU's Circular Economy Action Plan and the Skills Agenda will help.”

25 years of LIFE

In addition to the conference in Brussels, the programme for the EU Green Week also featured a series of partner events and actions taking place across Europe. One of these partner events was the LIFE – Green Awards ceremony. LIFE is the EU funding instrument for the Environment and celebrates 25 years of existence in 2017. Thus, this years’ edition of the annual LIFE awards looked back over the past quarter century, and singled out projects that have had remarkable effects both for the EU's natural environment, as well as in creating green jobs and boosting green growth. An expert jury selected 15 project finalists that were assessed regarding the projects’ long-term sustainability, communication potential, and their broader impact on a national, European or global level. Moreover, the projects were also assessed for innovation, transferability, environmental benefits, and conservation status improvement.

Using bakery waste to generate packaging

The circular economy prime example and winner in the category environment BREAD4PLA uses waste products of the bakery industry to produce biodegradable plastic films. PLA stands for poly-lactic acid biopolymers. The idea behind the project: to find a replacement for fossil fuel as the raw material behind the production of polymers. Because no matter how useful the polymers might be – sooner or later the will release carbon into the atmosphere and thus contribute to the greenhouse effect and climate change. The inventors behind BREAD4PLA saw an opportunity in the European bakery sector. 3.5 million tonnes of retrodegradated starch waste with minimal nutritional value is produced here every year.

At least 5% of this waste is disposed of in landfills because there is currently no alternative use. Therefore, their aim was to establish and operate a pilot plant at pre-industrial scale for the synthesis of PLA from bakery waste products. For that they used a low-energy process with water-based enzymes. The project also aimed to demonstrate practical uses for this PLA as a thermoplastic packaging film that meets current requirements and standards.

The inventors did indeed realize their plans and validation tests with different bakery products showed that the packaging developed from bakery waste performs very well for use within the bakery sector. Indeed, the project partners learnt that companies generating different types of food waste (e.g. fruit and vegetables) would also be interested in using their waste to produce biodegradable packaging material. Adaptations on the packaging would be necessary to transfer the technology to other sectors and to preserve products during their required shelf-life. However, the potential of the new packaging, and consequently the use of food waste for their production is very high.

jmr

Steht die konventionelle Landwirtschaft vor dem Aus? Was erwartet die Gesellschaft von der Branche? Über diese und weitere Fragen wurde auf dem vierten Zukunftsdialog "Agrar & Ernährung" am 30. Mai in der Kalkscheune in Berlin diskutiert. Mehr als 200 Gäste aus Landwirtschaft, Politik, Nichtregierungsorganisationen und Forschung waren der Einladung von „Agrarzeitung“ und „Die Zeit“ gefolgt.

Was kann konventioneller Landbau von Ökologen lernen?

Das Treffen machte deutlich, wie notwenig ein Dialog ist. Die Branche steht als einer der größten CO2-Treiber seit langem in der Kritik. Vor allem im konventionellen Landbau ging es in der Vergangenheit vor allem um Ertragssteigerung, weniger um Umweltschutz. Der ökologische Landbau zeigt jedoch, dass beide Parameter durchaus vereinbar sein können. Bundeslandwirtschaftsminister Christian Schmidt stellte beim Kongress klar: „Wir brauchen einen Pakt Umwelt und Landwirtschaft. Die Umweltpolitik ist ein Teil der Landwirtschaft.“ In Punkto Tierwohl will Schmidt schon bald mit neuen Regeln für Klarheit bei Landwirten sorgen. „In den nächsten beiden Wochen werden wir die Nutztierstrategie vorlegen“, kündigte er an.  Die Notwendigkeit von Umweltschutz in der Landwirtschaft unterstich auch Bundesumweltministerin Barbara Hendricks in ihrer Rede. „Die Landwirtschaft hat Zukunft. Aber sie muss nachhaltiger werden“, so der Appell der Ministerin.  Sie warnte davor „Strukturen zu konservieren, die nicht mehr passen.“

Das Bioeconomy Science Center (BioSC) ist ein Kompetenzzentrum für die Bioökonomieforschung. Es wurde 2010 gemeinsam von der RWTH Aachen, den Universitäten Bonn und Düsseldorf und dem Forschungszentrum Jülich gegründet. Vom Standort in Jülich koordiniert, arbeiten hier Biologen, Ingenieurswissenschaftler und Ökonomen unter einem Dach. Das Land Nordrhein-Westfalen (NRW) hat bereits 40 ein- und zweijährige Projekte in der ersten Phase gefördert. Nun stellt das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung (MIWF) weitere sieben Millionen Euro für eine neue, dreijährige Projektphase zur Verfügung. Dabei sollen das Themenfeld "Smartes Management der Pflanzenproduktion", eine neue Kompetenzplattform „Ökonomie, Strategie und Konzepte“ sowie drei Focuslabs gefördert werden.

Biotenside nachhaltig und günstig produzieren

Das Focuslab Bio² nimmt die Herstellung von Biotensiden in den Fokus. Tenside besitzen die Eigenschaft, wasserabweisende und wasserlösliche Substanzen miteinander zu verbinden. Ihre Anwendung ist deshalb mannigfaltig. Sie finden sich beispielsweise in Waschmitteln, Lebensmitteln,  Kosmetikartikeln, Medikamenten, Pflanzenschutzmitteln und Druckertinte. Zudem werden sie in der Industrie und Biochemie benötigt. Tenside können aus Erdöl oder nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Biotenside sind biologisch abbaubar und weniger giftig als konventionell hergestellte. Im Bio² FocusLab tüfteln der Verfahrenstechniker Lars Regestein und sein Team an einem innovativen und konkurrenzfähigen Bioraffinerieprozess zur Herstellung von Biotensiden. Er soll auf Zuckern und zersetzten Pflanzenbestandteilen basieren. Regestein: „Bisher ist die Herstellung von Biotensiden recht teuer. Wir suchen nach einem Weg, Biotenside im Sinne der nachhaltigen Bioökonomie herzustellen.“

Bioraffinerie an Zellulosegehalt der Pflanzen anpassen

Im FocusLabs AP³ dreht sich wiederum alles um das Thema Bioraffinerie. "Unser Projekt setzt am Anfang der Wertschöpfungskette an. Wir untersuchen die nachhaltige Verwertung der Biomasse mehrjähriger Pflanzen, die nicht in Konkurrenz zu Nahrungsmitteln stehen“, so Biologe Holger Klose  vom Institut für Botanik und Molekulare Genetik der RWTH Aachen, Leiter des AP³ FocusLab. Dabei wird zunächst der Zellulosegehalt der Pflanzen ermittelt. Anschließend wird die Biomasse in einem speziell angepassten Raffinerieprozess in ihre Bestandteile Zellulose, Zucker und Lignin zerlegt. Diese können als Ausgangsstoff für biobasierte Produkte wie Tenside verwendet werden. „Auch das Schließen von Stoffkreisläufen ist wesentlicher Bestandteil des Projektes, beispielsweise die Rückführung von Prozesswasser und Enzymen sowie die Rückgewinnung von Nährstoffen wie Phosphat.“

Naturstoffe und biobasierte Chemikalien durch synthetische Biologie 

Um Naturstoffe geht es beim dritten geförderten Focuslab CombiCom. „Wir nutzen die modulare Biotransformation zur Herstellung hochwertiger Chemikalien“, erläutert Anita Loeschcke vom Institut für Molekulare Enzymtechnologie der Universität Düsseldorf, die das FocusLab CombiCom leitet. Ausgangsbasis sind hier Naturstoffe, die Pflanzen beispielsweise zur Immunabwehr produzieren. Diese sogenannten Sekundärmetabolite sind eine vielversprechende Quelle für biologisch wirksame Substanzen. CombiCom will die nachhaltige Herstellung von Naturstoffen und biobasierten Chemikalien mittels synthetischer Biologie ermöglichen. Im Ergebnis sollen die neuen Produkte können ihren Einsatz in der Landwirtschaft oder der Pharmaproduktion finden. 

bp

Meere bilden den größten Lebensraum der Erde. Sie liefern dem Menschen Nahrung, sind Sauerstoffproduzent und Klimapuffer und somit für das Überleben auf der Erde unverzichtbar. Doch auch das Ökosystem Meer ist zunehmend bedroht. Am neu gegründeten Helmholtz-Institut für Funktionelle Marine Biodiversität (HIFMB) werden Wissenschaftler vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) sowie die Carl von Ossietzky Universität Oldenburg ihre Kompetenzen bündeln und nach Ansätzen für einen besseren Umgang mit den Meeren forschen. Am 31. Mai  wurde die neue Forschungseinrichtung auf dem Campus der Universität Oldenburg feierlich eröffnet.

Ziel des HIFMB wird es sein, ein besseres Verständnis der Bedeutung von Klimawandel und anthropogenen Einflüssen auf die marine Biodiversität zu erarbeiten. „Gemeinsam werden Wissenschaftler der Universität Oldenburg und des AWI diese Auswirkungen für die marinen Ökosysteme und somit für den Menschen analysieren. Zudem werden sie entsprechende Naturschutz- und Managementstrategien entwickeln“, sagte Otmar Wiestler, der Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft.

Lösungen für marinen Naturschutz

AWI und Universität kooperieren auf dem Feld der Meeresforschung seit vielen Jahren. Am neuen Forschungszentrum werden die Arbeiten interdisziplinär aufgestellt sein und dabei auch gesellschaftswissenschaftliche Bezüge berücksichtigt. „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“, so Biodiversitätsexperte und Institutsdirektor Helmut Hillebrand.

Finanzierung gesichert

Der Aufbau des Instituts wird in den kommenden vier Jahren gemeinsam vom AWI, der Universität Oldenburg und dem Land Niedersachsen mit rund 5 Mio.  Euro jährlich unterstützt. Das Land will zudem ein neues Forschungsgebäude finanzieren. Ab 2021 übernimmt die Helmholtz-Gemeinschaft die Basisfinanzierung mit jährlich rund 5,5 Mio. Euro.

bb

Kunststoffe sind allgegenwärtig, doch die Bausteine der langen Molekülketten stammen meist aus Erdöl. Inzwischen gibt es Bioplastik, bei dem die Grundbausteine zumindest teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Ein großer Anteil der Kunststoffe basiert gegenwärtig auf der Grundchemikalie Anilin, doch dieser Ausgangsstoff wird bislang ausschließlich aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl gewonnen. Das könnte sich nun ändern.

Verbesserte CO₂-Bilanz

Dem Werkstoffhersteller Covestro, einer Tochter des Bayer-Konzerns, gelang es, Anilin erstmals aus pflanzlichen Rohstoffen zu produzieren. „Das in der Entwicklung befindliche Verfahren nutzt nachwachsende Rohstoffe und führt im Vergleich zur konventionellen Technik zu einem deutlich verbessertem CO₂-Fußabdruck des Anilins“, so Projektleiter Gernot Jäger von Covestro. „Auch unsere Kunden können den CO₂-Fußabdruck ihrer Produkte auf Anilin-Basis klar verbessern.“

Vom Labor zum industriellen Maßstab

Covestro hat gemeinsam mit Partnern ein Verfahren entwickelt, bei dem industrieller Zucker statt Erdöl die Ausgangsbasis ist. Der Zucker kann aus pflanzlichen Rohstoffen wie Mais, Stroh oder Holz gewonnen werden. Durch Mikroorganismen wird er in einem biotechnologischen Prozess zunächst zu einem Zwischenprodukt und dann mittels chemischer Katalyse schließlich zu Anilin umgewandelt. „Hundert Prozent des im Anilin enthaltenen Kohlenstoffes stammen somit aus nachwachsenden Rohstoffen“, betont Jäger. Gemeinsam mit der Universität Stuttgart, der RWTH Aachen und der Bayer AG entwickelt Covestro das Verfahren nun weiter. Ziel ist es, biobasiertes Anilin im industriellen Maßstab herzustellen. Das Forschungsprojekt wird für zweieinhalb Jahre vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) und der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert.

Unabhängigkeit von fossilen Ressourcen

Derzeit werden weltweit fünf Millionen Tonnen Anilin pro Jahr produziert, Tendenz steigend. Mit einer Produktion von rund einer Million Tonnen ist Covestro einer der führenden Hersteller. Gibt es neben dem ökologischen auch einen wirtschaftlichen Vorteil von biobasiertem Anilin? „Es besteht am Markt ein hohes Interesse an ökologisch vorteilhaften Produkten auf Basis nachwachsender Rohstoffe“, sagt Markus Steilemann aus dem Covestro-Vorstand und zuständig für Innovation, Marketing und Vertrieb. Anilin aus Biomasse zu gewinnen, sei ein weiterer wichtiger Schritt, um die Chemie- und Kunststoffindustrie unabhängiger von den knappen fossilen Ressourcen und den Marktschwankungen zu machen.

bp

Früher Vogel oder Nachteule? Die meisten von uns identifizieren sich mit einer der beiden Kategorien, sind also lieber morgens oder abends aktiv. Diese innere Steuerung oder innere Uhr tickt bei jedem von uns ein bisschen anders, und wird im Rahmen der Chronobiologie erforscht. Auch Pflanzen und Nutztiere besitzen so eine innere Uhr, die durch äußere Einflüsse aus dem Takt geraten kann. Ein Forscherteam am Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN) unter der Leitung des schwedischen Wissenschaftlers Pål Westermark untersucht deshalb, welche Auswirkungen bestimmte Lebensabläufe und Rahmenbedingungen auf das Tierwohl haben. 

Körperfunktionen werden von innerem Rhythmus getaktet

Im Alltag bemerken wir sie kaum, und doch steuert sie viele körperliche Funktionen nach einem ganz bestimmten Rhythmus. Die Hormonproduktion, der Stoffwechsel, das Schlafen und selbst die Gehirnleistung folgen einer inneren Uhr. Diesen Rhythmus bemerken wir meist erst, wenn er aus dem Takt kommt, wie zum Beispiel bei der Zeitumstellung im Frühjahr und Herbst, oder bei einem Jetlag. Dann kann es zu Schlafstörungen, schlechteren schulische Leistungen und allgemeinem Unwohlsein kommen.

Die Chronobiologie befasst sich mit der zeitlichen Organisation von biologischen Systemen. Bei Mäusen und Menschen sind die Regelmäßigkeiten und rhythmisch wiederkehrende Faktoren in der Lebensweise bereits sehr gut untersucht. Doch wie es mit der inneren Uhr bei Nutztieren aussieht, ist noch weitgehend unbekannt. Der schwedische Wissenschaftler Pål Westermark ist ein Experte auf dem Gebiet und beschäftigt sich schon seit Langem mit dem Zusammenspiel zwischen innerer Uhr und Stoffwechselwegen. Im Dezember 2016 hat er seine neuesten Ergebnisse zu dem Thema im Fachjournal "PNAS" publiziert.

Äußere Umstände beeinflussen die innere Uhr

Westermark bezeichnet sich selbst als eine „leichte Eule“, ist also eher später am Tage aktiv. In der Chronobiologie wird zwischen Früh- und Spättypen unterschieden. Diese Grundausrichtung beeinflusst die Menschen bei der Uhrenumstellung, wobei die Spättypen eher unter dem künstlichen Eingriff in unseren Tagesablauf leiden. Seit zwölf Jahren erforscht er typische Verhaltensmuster und physiologische Prozesse an Mäusen, deren Lebensrhythmus unterschiedlich beeinflusst wird, seit November 2016 forscht er am FBN. „Die innere Uhr hat eine weitaus größere Bedeutung als bisher angenommen, ständig werden neue Erkenntnisse gewonnen“, sagte Westermark. „Äußere Umstände haben eine enorme Auswirkung auf unsere innere Uhr, die wiederum das eigene Immunsystem und praktisch fast alle Lebensfunktionen mehr oder weniger stark beeinflusst. Klar ist, in jedem Säugetier und vermutlich in jedem Lebewesen tickt eine innere Uhr.“ Das haben auch Forschungen unter anderem an Fruchtfliegen und Pflanzen ergeben, deren innere Uhren mittlerweile gut verstanden werden.

Innerer Rhythmus von Nutztieren bestimmt deren Leistung

Nach zwölf Jahren Grundlagenforschung in der Chronobiologie will der Biophysiker nun den nächsten Schritt gehen. „Wir bereiten aktuell am FBN die Erforschung von Biorhythmen an Kühen vor“, erläutert Westermark. Später sollen auch Schweine einbezogen werden. Weltweit sind nur wenige Forschergruppen bekannt, die chronobiologische Prozesse an Nutztieren erforschen. Westermark und sein Team wollen vor allem untersuchen, wie unterschiedliche Lebensrhythmen bei der Kuh körperliche Funktionen, Leistung und Wohlbefinden beeinflussen. Dabei kommt es vor allem auf das Licht, das Essverhalten, Stress- und Ruhezustände, die Regeneration im Schlaf, den Lärm sowie das Stalldesign an. Außerdem ginge es ihm auch darum, die individuellen genetischen und erblichen Ursachen zu identifizieren. „Unsere Vision ist zu lernen, was die innere Uhr für das grundlegende Wohlbefinden der Tiere bedeutet. In der Folge hat das auch eine immense Bedeutung für die Humanbiologie.“

jmr

Um den Fischbestand zu erhalten, gibt es bisher eine Mindestgröße, die Fische erreichen müssen, bevor sie gefangen werden dürfen. Dadurch wird verhindert, dass zu junge Tiere abgefischt werden und der Nachwuchs gefährdet ist. Daher sind die meisten Fanggeräte so konzipiert, dass die großen Fische ins Netz gehen, während die kleineren entkommen können. Diese größenselektive Fischerei schützt zwar zunächst die kleineren Fische, doch ist unklar, wie sich diese Selektion auf lange Sicht auf das Wachstumspotenzial, das Verhalten oder gar die Gene der Fische auswirkt. Forscher des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und der Universität Turku (Finland) haben nun nachgewiesen: die stete Entnahme der größten Individuen aus einem Fischbestand zieht tatsächlich Veränderungen in der Aktivität von Tausenden Genen nach sich.

Nach fünf Generationen bereits Genom-Veränderungen

Unter kontrollierten Bedingungen wurde in einem fast zehn Jahre dauernden Experiment der Zusammenhang zwischen größenselektiver Fischerei und möglichen genetischen Veränderungen untersucht. Zwei Populationen des genetischen Modellorganismus Zebrafisch wurden über fünf Generationen hinweg mit zwei unterschiedlichen Strategien befischt: während bei einer Population nur die größten Individuen entnommen wurden, wurde die zweite Population zufällig befischt. Anschließend wurden beide Gruppen für eine Dauer von sechs Generationen gar nicht befischt, um sich von dem Fischereidruck zu erholen.

Die Ergebnisse der Studie haben die Wissenschaftler im Journal Molecular Ecology veröffentlicht: die Fische haben sich sehr schnell an die größenselektive Befischung angepasst. Nach nur fünf Generationen kam es zu Veränderungen in der Aktivität und Ausprägung von rund 4300 Genen. Diese Veränderungen im Ausprägungsmuster der Gene, gingen außerdem mit Veränderungen in Hunderten kleiner DNA-Abschnitte einher. Sobald veränderte Ausprägungsmuster bis in die Genorte (Allele) in der DNA nachgewiesen werden können, spricht man von Evolution. „Damit ist der Beweis erbracht, dass sich ein hoher, größenselektiver Fischereidruck sowohl in der DNA als auch in den davon gesteuerten Ausprägungsmustern vieler Gene nachweisen lässt – die Fischerei beeinflusst die Evolution“, erläutert Projektleiter Robert Arlinghaus vom IGB.

Genetische Veränderungen sind langanhaltend

Und nicht nur die Gene werden durch die selektive Fischerei beeinflusst. Eine bereits 2015 publizierte Studie hat gezeigt, dass an Fischerei angepasste Fische mehr Energie in Fortpflanzung investieren, ein langsameres Wachstum im Erwachsenenalter aufweisen und insgesamt scheuer sind. „Die beiden Studien belegen zusammengenommen, dass die genetischen Veränderungen tatsächlich auch veränderte Merkmale wie eine reduzierte Größe im Erwachsenenalter hervorbringen. Da die Veränderungen genetisch bedingt sind, lassen sich das verlangsamte Wachstum oder die Scheuheit selbst nach Einstellen der Fischerei nicht einfach so umkehren“, ergänzt Arlinghaus.

Fangfenster mindern Selektionsdruck

Damit wird die größenselektive Fischerei zu einem Evolutionsfaktor. Die großen, zutraulicheren Exemplare werden weggefischt, während die kleineren und scheueren Fische überleben, und so ihre Gene und Verhaltensmuster weitervererben können. Das bekommen auch Fischer und Angler zu spüren, deren Fänge immer kleiner ausfallen. Arlinghaus wirbt für eine nachhaltigere Fischerei: „Wir empfehlen statt der gängigen Mindestmaße sogenannte Entnahmefenster als Fangbestimmung einzusetzen. Durch die Vorgabe von Mindest- und Maximalmaßen, die zusammengenommen das Entnahmefenster bilden, werden sowohl die kleinen, unreifen als auch die stattlichen, großen Laichtiere geschont.“ Durch diese Maßnahme würde der Selektionsdrucks auf Wachstum, Geschlechtsreifung und Scheu verringert. Außerdem betont Arlinghaus, würde durch diese Maßnahme auch die Anpassungsfähigkeit der Population und so das langfristige Überleben der Fische unterstützt werden.

jmr

Globale Veränderungen stellen neue Ansprüche an die Landwirtschaft. Die wachsende Weltbevölkerung, der Klimawandel und der nachhaltige Umgang mit Ressourcen sind nur einige davon. Eine Anpassung des Pflanzenbaus und der Verfahrenstechnik an die neuen Anforderungen ist deshalb notwendig.

Neue Pflanzenbausysteme entwickeln

In einem Artikel für die Fachzeitschrift "Landtechnik" beschäftigen sich Wissenschaftler des Julius-Kühn-Instituts (JKI), des Thünen-Instituts und der Universität Braunschweig, wie der Pflanzenbau der Zukunft grundlegend „neu zu denken“ ist. Das Projekt „Mit autonomen Landmaschinen zu neuen Pflanzenbausystemen“ wird vom Bundeslandwirtschaftsministerium gefördert.

Mini-Roboter mit Sensoren für Precision Farming

Die gegenwärtige Landwirtschaft steht in der Kritik. „Angesichts von Nitratbelastung, Artenrückgang und Bodenverdichtung müssen wir kritisch hinterfragen, wie lange das noch gut geht“, so Jens-Karl Wegener, Leiter des Fachinstituts für Anwendungstechnik am JKI. Die Forscher sind sich einig: Der Einsatz noch größerer Maschinen auf noch größeren Flächen ist keine Lösung. Im Gegenteil: Auf dem Feld sollen mit Sensoren ausgerüstete Mini-Roboter ausfindig machen, was die einzelnen Pflanzen brauchen und es ihnen dann bestenfalls direkt zuführen. Im Fokus stehen Wasser- und Nährstoffbedarf sowie der Schutz der Feldfrüchte vor Pilzbefall und konkurrierendem Unkraut. Die präzise Applikation von Wasser, Nährstoffen und Pflanzenschutzmitteln wird als Präzisionslandwirtschaft (Precision Farming) bezeichnet. Unnötige Überschüsse sollen damit vermieten und die Umwelt geschont werden. Gleichzeitig hilft es, die Kosten für Verbrauchsgüter zu senken.

Zukunftsmodell Spot Farming

„Solch ein Precision farming hätte natürlich auch einen Einfluss darauf, wie die Flächen künftig aussehen“, sagt Projektmitarbeiterin Lisa-Marie Urso. Bei dem neuen Anbausystem sollen kleinräumige Unterschiede der Landschaft berücksichtigt werden. Deshalb sprechen Urso und ihre Kollegen von "Spot Farming". „Vorteil des Spot Farmings wäre, dass auf einen Schlag verschiedene Fruchtfolgen gleichzeitig gefahren werden können“, erklärt Urso. Trockenere Kuppen, feuchtere Senken könnten berücksichtigt werden und innerhalb der Ackerfläche verschiedene Feldfrüchte mit unterschiedlichen Standortansprüchen angebaut werden. Und: „Das würde auf jeden Fall für mehr Artenvielfalt auf dem Feld sorgen“, so Wegener.

Projekt soll fortgesetzt werden

Die Digitalisierung in der Landwirtschaft, weiterentwickelte Sensortechnik, immer mehr Fernerkundungsdaten und die zunehmende Vernetzung von Geräten – das sind bereits gegenwärtige Entwicklungen. Auf ihnen basiert das in der Studie entworfene Zukunftsszenario des Spot Farming. In einem Workshop wurden 2016 bereits Möglichkeiten erarbeitet, wie landwirtschaftliche Prozesse von der Bodenbearbeitung bis zur Ernte mit kleinen autonomen Maschinen aussehen könnten. Aber es gibt noch offene Fragen: Welche Flächengrößen werden benötigt? Sollen Drohnen eingesetzt werden? Was darf ein Roboter maximal kosten, damit er für den Landbau interessant bleibt? Und soll er autonom und solarbetrieben zur Ladestation am Feldrand oder auf dem Hof zurückfinden? Diesen und viele anderen Punkten wollen die Wissenschaftler in einem Folgeprojekt nachgehen.

bp

In order to preserve the fish population, fish have to be above a certain size before they can be caught. This is supposed to ensure that only adult animals will be caught and the younger ones will be able to procreate. Therefore most catching devices are specified for bigger fish, while smaller ones are able to escape. Although this size-selective fishing is designed to protect smaller fish, scientists are debating to what extent this method affects the size of the fish once they reach adulthood, how it might affect their behaviour, and whether it might in fact alter the genes of the fish. Researchers at the Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) together with the Turku University in Finland were able to demonstrate that the continuous removal of the biggest fish does in fact cause changes in a multitude of genes.

Genetic changes after only five generations

Under controlled conditions and taking almost ten years the exact relationship between size-selective fishing possible genetic changes was analyzed. Two populations of the model organism Zebrafish were kept and caught for five generations. For one population only the biggest fish were extracted, while random fish were taken from the other population. Subsequently no fish were caught for either population for six generations in order to recover from fishing pressure. The results of the study are published in the journal Molecular Ecology: within only five generations of size-selective fishing the fish adapted the expression and activity of more than 4300 genes. These changes in gene expression pattern also co-occurred with changes to hundreds of small gene locations (allele). Changes in gene expression that extent to the gene locations are a hallmark of evolution. “This proves that increased, size-selective fishing pressure translates to the DNA structure and to gene expression patterns – fishing affects evolution”, explains Robert Arlinghaus at the IGB, head of the research project.

Genetic changes are lasting changes

Not only the genes are affected by the selective fishing methods. A previous study published in 2015 already showed that adapted fish invest more energy into reproduction, grow slower in adulthood, and are generally shyer. “Combined, both studies show that genetic changes do in fact cause changed characteristics like reduced adult size. Since the changes are caused genetically, decreased growth or increased shyness cannot be reversed that easily, even after the end of fishing”, says Arlinghaus.

Size range instead of minimum size

Both studies demonstrate that size-selective fishing drives evolution. The bigger, trusting animals are caught, while the smaller and shyer fish survive and are thus able to pass on their genes and behavioural patterns. Also the fishermen are recognizing that they are catching fewer and fewer sizeable fish. Arlinghaus is calling for a more sustainable fishing method: “We recommend new regulations that work with a window of size rather than a minimum size for catching fish. With the minimum and maximum sizes both extremes would be protected: the smaller, immature fish, but also the bigger animals that are ready to spawn. This regulation would significantly reduce the selection pressure for characteristics such as growth, sexual maturity, and shyness. Arlinghaus also stresses that this regulation would additionally protect the adaptability of an entire fish population as well as their long-term survival.

jmr

Wie kann die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen verbessert werden?  Diese Frage treibt derzeit Forscher an, um die Zukunft der alternativen Stromerzeuger zu sichern. Bisher sind Anlagenbetreiber auf die im Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) festgeschriebene Einspeisungsvergütung angewiesen. Eine geplante Reduzierung dieser stattlichen Förderung, die die höheren Herstellungskosten im Vergleich zu fossilen Energieträgern ausgegleichen, könnte für viele der bundesweit mehr als 8.500 Biogasanlagen das Aus bedeuten. In Sachsen wollen daher Forscher und Unternehmen gemeinsam beweisen, dass Biogasanlagen auch unabhängig von Förderungen eine Perspektive haben. „Ein mögliches Konzept ist die alternative Nutzung des Biogases zur Herstellung hochwertiger chemischer Produkte“, erklärt Erik Reichelt vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden.

Demonstrationsanlage zur Wachsherstellung

Im Rahmen des SAB-Projektes wird der IKTS-Forscher mit vier Unternehmen aus Sachsen sowie der Technischen Universität Bergakademie Freiberg beweisen, dass Biogasanlagen auch geeignete Produktionsstätten für Biowachse sind, die sowohl in der Kosmetikindustrie als auch bei der Herstellung von Schmierstoffen erdölbasierte Stoffe ersetzen könnten.  Im Fokus stehen insbesondere der Aufbau und der Betrieb einer Demonstrationsanlage zur Wachsherstellung an einer Biogasanlage. Auf Basis der Prozessdaten so abschließend die Wirtschaftlichkeit des Konzepts bewertet werden. Das Verbundprojekt wird in den kommenden drei Jahren aus Mittel des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) sowie dem Freistaat Sachsen finanziert.

Biowachse für Kosmetik und Schmierstoffe

Biogas besteht aus Methan und Kohlenstoffdioxid. Im Projekt wollen die Forscher nun das Kohlenstoffdioxid zur Synthese von Wachsen nutzen. Reichelt ist überzeugt, dass die Umsetzung von Biogas zu Biowachsen eine aussichtsreiche Zukunftsoption für bestehende Anlagen darstellt. Denn diese Wachse sind aufgrund ihrer Reinheit vor allem für die Kosmetikindustrie geeignet und könnten erdölbasierte und teils unverträgliche Stoffe in Cremes ersetzen. Darüber hinaus sind Biowachse auch als Schmierstoffe einsetzbar. Hier garantiert die Reinheit der Wachse stets eine definierte Produktzusammensetzung, also verlässliche Eigenschaften, die mit erdölbasierten Schmierstoffen nicht in Gänze erreichbar sind.

„Mit dem erfolgreichen Projektabschluss können wir eine Technologie anbieten, bei dem unsere Kunden erstmals eine Wahl haben zwischen Energieerzeugung und Herstellung von nachhaltigen Produkten. Für die Biogasbranche werden damit ganz neue Perspektiven aufgezeigt“, betont Gerhard Wilhelm, Geschäftsführer der Firma Ökotec Anlagenbau GmbH, die an dem Projekt beteiligt ist.

bb

Waldbrände sind einerseits Katastrophen, aber auch für den Fortbestand des Ökosystems Wald notwendig. Durch die natürliche Auslese des Feuers erfährt der Wald eine ökologische Verjüngungskur, weil so neue Lebensräume für Pflanzen und Bäume geschaffen werden. Während der Mensch über Jahrhunderte mit gezielten Bränden den Fortbestand mitunter anstoßen musste, scheint die Runderneuerung durch Feuer heute durch den Klimawandel befördert zu werden. Auch andere von der Natur gemachte Störgrößen wie Sturm, Dürre und Insektenbefall erhalten dadurch eine andere Dynamik. Das zeigt erstmals eine internationale Studie, an der neben Deutschland Forscher aus neun Ländern beteiligt waren.

Stressfaktoren durch Klimawandel beeinflusst

Unter Leitung von Potsdamer Klimaforschern wurde erstmals untersucht, wie der Klimawandel auf die natürlichen Stressfaktoren des Waldes wirkt. 600 Forschungsarbeiten der letzten 30 Jahre wurden dafür hinsichtlich der möglichen Klimafolgen durchforstet und ausgewertet. Wie das Team im Fachjournal „Nature Climate Change“ berichtet, zeigt die Analyse, dass in Zukunft mit zunehmenden Risiken für Wälder zu rechnen ist. Der Grund: Die gewohnten Störungen haben sich durch den Klimawandel schon verändert.

Wiederstandsfähigkeit der Wälder bedroht

„Das hat Folgen für die Fähigkeit des Waldes, den Menschen nützlich zu sein – zum Beispiel mit seinem Holz, als Schutz vor Lawinen oder auch einfach als Erholungsraum“, erklärt Projektleiter Christopher Reyer vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. „Verstärkt der Klimawandel die Störungen immer weiter, ist das ein Risiko für die Widerstandsfähigkeit der Wälder – langfristig könnten sich die Ökosysteme so wie wir sie heute kennen gravierend verändern“. Primär beeinflusst das Klima zwar zunächst das Wachstum von Bäumen und Pflanzen. Doch vom Regen durchtränkte oder weniger gefrorene Waldböden geben den Bäumen bei Sturm weniger Halt und machen sie anfälliger. Zugleich sind tote und absterbende Bäume eine Brutstätten für Insekten und lebendes Holz anfälliger für Insektenbefall.

Forstwirtschaft muss sich anpassen

Fest steht: Das Risiko durch Feuer, Schädlinge und Pilzbefall im Zuge des Klimawandels wird weiter zunehmen. Die verheerenden Waldbrände in Kanada und Russland sind für die Forscher beispielhaft. Die Wissenschaftler rechnen damit, dass diese Stressfaktoren in Nordamerika, Australien und Asien zukünftig eine noch größere Rolle spielen werden. Die Wälder in Nord- und Mitteleuropa werden der Studie zufolge hingegen zunehmend von Stürmen wie Orkan Kyrill in 2007 bedrängt. „Unsere Analyse zeigt sehr deutlich, dass der Klimawandel für die Wälder eine enorme Herausforderung bedeutet – die Forstwirtschaft muss sich anpassen und die Resilienz erhöhen, da Schäden wohl nicht völlig verhindert werden können“, betont Rupert Seidl von der Universität für Bodenkultur in Wien.

bb

Ob in Nahrungsergänzungsmitteln, Tierfutter, Arznei- und Kosmetikprodukten, Biokraftstoff oder als Abwasserreiniger: Mikroalgen scheinen wahre Alleskönner zu sein. Sie werden wegen ihrer hochwertigen und gesundheitsfördernden Inhaltsstoffe vor allem als Ausgangsstoff für die Herstellung von Lebens- und Futtermitteln geschätzt. Das hochwertige pflanzliche Protein macht sie zu einer Alternative für tierische oder andere Eiweißquellen. Wegen ihres geringeren Ausstoßes von Treibhausgasen helfen sie zudem, Ressourcen zu schonen.  All diese Eigenschaften machen die grünen Winzlinge weltweit zu wichtigen Kandidaten für eine nachhaltige Produktion. Ob die Hoffnungen begründet sind, wollen Forscher der Universität Hohenheim nun prüfen.

Biomassebilanz der Mikroalgen-Produktion

„Algen nutzen das Sonnenlicht effektiver als Landpflanzen und wachsen schneller. Daher eignen sie sich gut als alternative Proteinquelle für Lebens- und Futtermittel“, erklärt Sebastian Weickert von der Universität Hohenheim. Zwanzig von insgesamt 300.000 Algenarten werden weltweit bisher kommerziell genutzt. Im Rahmen eines vom Land Baden-Württemberg geförderten Verbundprojektes zum Einsatz von Mikroalgen in der Ernährungs- und als Futtermittelindustrie müssen sich die Algen nun mit vergleichbaren Proteinquellen messen lassen. Mittels Computersimulation wollen Hohenheimer Wissenschaftler die Biomassebilanz der Mikroalgen-Produktion mit der von tierischen und anderen pflanzlichen Eiweißquellen vergleichen.

Zukunftszenarien simulieren

Dazu betrachten sie die heutige Situation und vergleichen sie mit möglichen Szenarien im Jahr 2030 und 2050. Im Fokus stehen die Auswirkungen der Algenproduktion auf die Umwelt. Eine zentrale Frage dabei: Werden durch den Einsatz von Proteinen aus Mikroalgen im Vergleich zu tierischen Eiweisen tatsächlich Ressourcen geschont, also weniger Treibhausgase ausgestoßen oder Ackerflächen genutzt? Hier gilt zu unterscheiden, dass Algen sowohl mit Licht als auch ohne Licht gezüchtet werden können. „Die Produktion mit Licht ist vor allem in ökologischer Hinsicht von Vorteil. Oft werden die Algen in großen Teichen, sogenannten Ponds, gezogen. Aber das Verfahren ist unwirtschaftlich und es besteht die Gefahr der Kontamination,“ erklärt Weickert. Eine  Alternative könnten hier geschlossene Reaktorsysteme wie Röhren-, Platten- und Sackreaktoren sein, die es Weickert zufolge für „kommerzielle Produktionssysteme im industriellen Maßstab" aber kaum gibt. Zieht man die Algen in geschlossenen Systemen ohne Licht ist eine Kontamination zwar ausgeschlossen. Die Mikroalgen müssen dafür aber zusätzlich mit dem nötigen Zucker versorgt werden. Dadurch den Anbau der Zuckerpflanzen werden aber Flächen und Dünger verbraucht, was wiederum die Gesamtbilanz negativ beeinflusst.

Aber auch die wirtschaftliche Seite der Algen-Produktion, ob sie sich rechnet oder wie sich der globale Agrarsektor und die Nahrungsmittelversorgung entwickeln wird, wenn man die Proteinquellen Fleisch und Soja teilweise durch Algen ersetzt wird, wollen die Forscher hinterfragen.

Verbraucherverhalten ausloten

Auch die Haltung des Verbrauchers zu Mikroalgen spielt dabei eine Rolle. Insbesondere der teils fischige Eigengeschmack, der mit Licht kulivierten Algen eigen ist, scheckt oft noch ab. „Unser Projekt fokussiert daher auf die aus den Zellen isolierten, reinen Proteine. Sie wären gut in die Nahrungsmittelproduktion integrierbar, haben aber bis dato noch keine Zulassung in der EU“, erklärt Weickert. Was die Verbraucher von Mikroalgen halten, wollen die  Forscher in einer Umfrage gemeinsam mit der Universität Göttingen herausfinden.  „Wir wollen auch wissen, ob die Verbraucher überhaupt bereit wären, ihren Fleischkonsum zugunsten von Algen-Protein zu reduzieren“, ergänzt Projektleiter Harald Grethe.

All diese Aspekte und Möglichkeiten wollen die Forscher in den nächsten Jahren am Computer durchspielen. Am Projekt sind neben der Uni Hohenheim, die Universitäten Freiburg, Tübingen und Stuttgart sowie das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das Max Rubner-Institut in Karlsruhe und das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart beteiligt.

bb