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Dieser Baum muss gefällt werden, in der Lichtung muss aufgeforstet werden, die Schonung mit jungen Bäumen ist für Waldarbeiter tabu. Doch nicht der Förster bestimmt hier, wann Maßnahmen ergriffen werden, sondern allein der Computer trifft die Entscheidungen. Diese Gedanken sind visionär und provokant zugleich. In der Wirtschaftsinformatik allerdings ist dieses Szenario mit der Krypto-Währung Bitcoin längst ein Trend. Ein Team um Thomas Wagenknecht vom Berliner Forschungszentrum Informatik (FZI) des Karlsruher Instituts für Technologie will diese Methode auch in die Forstwirtschaft tragen. Dafür sollen nach dem Vorbild der Bitcoins ebenfalls Code-Ketten, sogenannte Blockchains, entwickelt werden, die dann Daten von einem Waldstück sammeln, diese auswerten und so den Wald selbst bewirtschaften.

Forst- und Waldwirtschaft transparenter machen

„Wir wollen uns anschauen, inwieweit man so eine Technologie tatsächlich nutzen kann, um Forst- und Holzwirtschaft transparenter zu gestalten. Andererseits wollen wir mit diesem Thema auch eine breite gesellschaftlich Debatte zur Bioökonomie anstoßen“, erklärt Wagenknecht. Seit Oktober vergangenen Jahres läuft das Verbundprojekt „Wie kann sich der Wald selbst verwalten? – Digitale Ansätze für eine gesellschaftliche Debatte zur Bioökonomie 4.0“. Das Projekt wird vom FZI koordiniert und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis 2020 mit knapp 317.000 Euro gefördert. Daran beteiligt sind außerdem die Universität der Künste Berlin (UDK), das Wuppertal Institut als Forschungspartner sowie das Institut für Ressourcenmanagment Inter3 und die auf Online-Bürgerbefragungen spezialisierte Firma Zebralog.

Kunstprojekt als Vorlage

Die futuristische Idee der Selbstverwaltung des Waldes geht auf ein Kunstprojekt zurück, das drei UDK-Studenten entworfen haben. Der Gedanke dahinter: Was würde passieren, wenn der Wald, den sich der Mensch zueigen gemacht hat, wieder sein eigener Herr wird, und wie würde der Wald selbst wirtschaften, vor allem hinsichtlich der kostbaren Ressource Holz? Die Blockchain-Technologie ist für die Forscher ein vielversprechendes Instrument, um den heimischen Rohstoff noch nachhaltiger zu nutzen und das Ökosystem zu schützen. „Das Spannende ist, dass man ohne einen Mittelsmann auskommt. Man setzt einmal das System auf, bestimmt die Regeln und das System operiert danach. Alle Ereignisse würden über die Blockchain verwaltet und wären dazu noch transparent“, sagt der Projektleiter. Bei der Blockchain-Technologie gibt es demnach keine zentrale Datenbank, die auf irgend einem Großrechner liegt, sondern eine dezentrale Datenbank, die auf ganz viele Rechner der Welt verteilt ist.

Spielerisch Vision greifbar machen

Wagenknecht zufolge soll in den kommenden drei Jahren eine solch „vertrauenswürdige Instanz“, die nach festen Regeln im Interesse des Waldes agiert, aufgestellt werden. Die Idee des Kunstprojektes soll dafür im breiten Diskurs mit Experten aus der Forstwirtschaft und der interessierten Öffentlichkeit in sogenannten „ForestLabs“ diskutiert und ausgelotet werden. Die Ergebnisse wiederum sollen in die Entwicklung einer Online-Plattform fließen, die das Thema „Selbstverwaltung des Waldes“ fokussiert und die Fortschritte des Projektes abbildet. Neben Diskussionsforen soll die Webseite auch ein Computerspiel beinhalten. „Wir wollen die Leute erst spielerisch an das Thema heranführen und ihnen in einer Art Simulation zeigen, was es bedeuten würde, wenn es so ein System gibt, was für Entscheidungen das System treffen muss und welche Folgen das hätte“, erklärt Wagenknecht.

Blockchain mit Sensordaten speisen

Ist die klassische Forstwirtschaft damit ein Auslaufmodell? Thomas Wagenknecht weiß um die Möglichkeiten, die Vision wahr werden zu lassen. Am FZI wird bereits mit Sensoren experimentiert, die in Pflanzen Lichteinfall und Feuchtigkeit messen. Diese Daten könnten beispielsweise dann in die Blockchain fließen. Doch der Forscher ist Realist und Visionär zugleich: „Momentan funktioniert das System nur, wenn wir sagen, was es tun soll. Aber wir gucken uns auch an, inwieweit man so ein System tatsächlich frei vom Menschen strukturieren kann. Vorstellbar ist aber auch, dass das in einer Symbiose funktioniert, dass das System den Förster etwa dabei unterstützt, seine Arbeiten noch besser zu verrichten“.

Kunstprojekt in die Realität übertragen

Wagenknecht ist optimistisch, dass das Projekt neue Impulse für die Bewirtschaftung des Ökosystems Wald bringen wird. Die Debatte darüber ist dringend notwenig. Der Wald und sein wichtigster Rohstoff Holz sind ein Grundpfeiler der Bioökonomie. Allein in den vergangenen 20 Jahren hat sich die Verwendung des Holzes verdoppelt. Die größte Herausforderung sieht Wagenknecht darin, eine Debatte loszutreten, wo nicht nur Altes wiederholt wird, sondern tatsächlich neue Aspekte gesetzt werden. „Wir haben den Anspruch, das Kunstprojekt in die Realität zu übertragen. Dafür wollen wir Innovationen betreiben und neue Sichtweisen erarbeiten. So könnten wir Impulsgeber für die Modernisierung der Forstwirtschaft sein“.

Nachdenken über holzbasierte Bioökonomie ankurbeln

Dass die Vision nicht leicht zu vermitteln sein wird, darüber sind sich die Forscher bewusst. „Viele schreckt man mit so einer Vision erst einmal ab. Aber wir glauben, dass wir mit dem Projekt die Leute dazu bewegen können nachzudenken, wie ein holzbasierte Bioökonomie aussehen kann, wie etwa mit Holz umgegangen, wie die Verwertung transparenter gestaltet werden kann und was akzeptable Regeln für eine Waldbewirtschaftung wären“. Auch das Thema Biodiversität sowie ökologische Fragen sollen im Diskurs berücksichtigt werden. Derzeit ist das Team dabei, die „Kunstvision“ für die breite Öffentlichkeit greifbarer zu machen und Szenarien für die Forstbewirtschaftung auszuloten, wo das System den größten Nutzen bringen könnte.

Neuer Ansprechpartner für das Projekt am Berliner Forschungszentrum Informatik ist Sven Willrich.

Autorin: Beatrix Boldt

Im Sommer 2012 wurde der Bau des „Center for Functional Genomics of Microbes" (C_FunGene) von der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz des Bundes und der Länder beschlossen. 27 Mio. Euro sind in den folgenden Jahren in den Forschungsneubau geflossen, jeweils zur Hälfte vom Bund und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nach vier Jahren Bauzeit hat das „C-FunGene“ nun seine Arbeit auf dem Campusgelände am Berthold-Beitz-Platz offiziell aufgenommen.

Basis für interdisziplinäre Forschungsarbeit

Das dreigeschossige Gebäude bietet Platz für insgesamt 160 Forscher und Mitarbeiter und befindet sich in unmittelbarer Nähe zu den Instituten und Kliniken der Universitätsmedizin sowie den Instituten für Biochemie, Physik und Pharmazie. In den neu errichteten Laboren werden interdisziplinäre Teams die Grundlagenforschung zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten sowie zu den Themen Umweltmikrobiologie und marine Mikrobiologie vorantreiben. „Die Übergabe eines neuen Gebäudes ist für die Universität in jedem Fall ein Gewinn. Der neue Forschungsbau stellt aber einen zusätzlichen Erfolg dar, da er im nationalen Wettbewerb unter strenger wissenschaftlicher Begutachtung errungen wurde und unsere Forschungsexzellenz in diesem Themenbereich bestätigt“, sagt Johanna Weber, Rektorin der Universität Greifswald.

Mikrobenforschung unter hohen Sicherheitsstandards

Ein Herzstück im C_FunGene sind die Proteomtechnologien, mit dessen Hilfe Greifswalder Forscher seit Jahren erkunden, wie Mikroben sich an Lebensräume anpassen. Die Proteinanalysen erstrecken sich dabei sowohl auf menschliche und tierische Mikroorganismen als auch auf Umweltproben. In den neuen Laboren, die Sicherheitsvorkehrungen der Kategorien S1 bis S3 erfüllen, können Modellorganismen, relevante Umweltbakterien aber auch antibiotikaresistente Krankheitserreger erforscht werden. Daher gelten für das gesamte Forschungszentrum hohe Sicherheitsstandards.

„Das neue Forschungszentrum mit den Hochsicherheitslaboren und der umfangreichen Proteomtechnologie bietet uns hervorragende Bedingungen, unsere interdisziplinären und international ausgerichtete Forschung auf Spitzenniveau fortzusetzen. Die räumliche Nähe von Mikrobiologen, Infektionsforschern, Proteomforschern und Bioinformatiker in diesem Zentrum bildet dabei den Kern für Synergien und neue innovative Forschungsansätze", sagt der Abteilungsleiter Molekulare Genetik und Infektionsbiologie, Sven Hammerschmidt.

Labore für externe Forschungspartner

Neben Labor- und Büroräumen verfügt der 3.433 m² große Forschungsneubau auch über Seminar- und Konferenzbereiche, Aufenthaltszonen sowie Labore für externe Forschungspartner.

Bäume konkurrieren bekannterweise mit anderen Arten um Licht, Wasser und Nährstoffe. Aber nicht nur. Daneben ist ihr Zusammenleben auch auf Gemeinsamkeit und gegenseitige Hilfe ausgerichtet, wie eine aktuelle Studie im Fachjournal „Nature Communications“ zeigt. Darin berichten Forscher aus Europa und China von den Ergebnissen des langjährigen Biodiversitäts-Experiments „BEF-China“. An dem Projekt „Biodiversity-Ecosystem Functioning“ sind Wissenschaftler der Leuphana Universität Lüneburg, der Technischen Universität Dresden, der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, dem Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung und der Beijing Forestry University in Peking beteiligt.

Zusammenleben der Bäume im Blick

Im Rahmen des Experiments untersuchen Forscher seit 2008, wie die Vielfalt an Bäumen und Sträuchern deren Zusammenleben und Wachstum und damit Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen beeinflusst. Dafür wurden im Osten Chinas auf einer Fläche von rund 50 Hektar über 400.000 Bäume und Sträucher gepflanzt, darunter auch 42 heimische Baumarten. Mittlerweile habe viele Bäume Höhen von 10 bis 15 Metern erreicht und ein teils dicht geschlossenes Kronendach entwickelt.

Höhere Produktivität durch Artenreichtum

Der Studie zufolge beweisen die Untersuchungen eindeutig, dass Bäume in artenreicher Nachbarschaft deutlich besser wachsen als in Monokulturen. Zugleich produzieren sie mehr Holz als solche, die von gleichen Arten umgeben sind. „Besonders beeindruckt hat uns, dass die Wechselbeziehungen eines Baumes mit seinen unmittelbaren Nachbarn zugleich auch eine wesentlich höhere Produktivität von Waldbeständen hervorrufen“, berichtet der Waldökologe Andreas Fichtner von der Leuphana Universität. Die Forscher sind überzeugt, dass das „Miteinander benachbarter Bäume“ zu über 50% die höhere Produktivität eines Waldbestandes erklärt.

Biodiversitätsschutz von sozio-ökonomischer Bedeutung

Die Artenvielfalt eines Waldes sowie das Miteinander der Bäume hat demnach erheblichen Einfluss auf die Leistung der Waldökosysteme. Doch warum ist das so? Eine Antwort darauf liefert das Forscherteam mit der Studie. Zum einen können durch den Artenreichtum konkurrierende Bäume in der Nachbarschaft zurückgedrängt werden. Durch eine Verbesserung des Mikroklimas oder die gemeinsame Nutzung von Bodenpilzen helfen sich die verschiedenen Arten aber auch gegenseitig beim Wachsen. Die Ergebnisse des Biodiversitäts-Experiments machen ein weiteres Mal deutlich, wie wichtig die Artenvielfalt für das Ökosystem Wald an sich und für den Wald als Dienstleister des Menschen ist. „Dies sollte uns klar machen, dass Biodiversitätsschutz keineswegs ein rein ökologisches oder ethisches Anliegen ist, sondern längst zu einer sozio-ökonomischen Notwendigkeit geworden ist“, erklärt Andreas Fichtner.

Milliarden Verluste durch Artenschwund

Münchner Forscher hatten 2016 errechnet, wie hoch der Verlust für die Waldwirtschaft wäre, wenn die Artenvielfalt im Wald weiter zurückgeht. Das Ergebnis: Bei einem Artenrückgang von 99% würde auch der Ertrag sinken, was einen jährlichen Wertverlust von bis zu 490 Mrd. US-Dollar bedeuten würde.

Die Globalisierung hat viele Vorteile für Mensch und Technik. Doch für Flora und Fauna kann die Vermischung einheimischer mit eingeschleppten Lebewesen gefährlich werden. Denn ortsfremde Tier- und Pflanzenarten haben oftmals keine natürlichen Feinde. Sie verbreiten sich deshalb ungehindert und dezimieren die Ressourcen für einheimische Arten.

Akazie verdrängt einheimische Pflanzen

Ein Paradebeispiel für eine eingeschleppte Pflanze, die das einheimische Ökosystem gefährdet, sind die Akazien in Portugal. Im 20. Jahrhundert wurde die aus Australien stammende Langblättrige Akazie zur Befestigung von Sanddünen eingeführt. Doch ohne natürlich Feinde oder ebenbürtige Konkurrenz breitet sich der gelb blühende Strauch massiv aus und beeinflusst den Wasser- und Nährstoffhaushalt zu Ungunsten einheimischer Pflanzen.

„Die Langblättrige Akazie verändert sehr sensible und artenreiche Dünen-Ökosysteme im Südwesten Portugals grundlegend“, erklärt Landschaftsökologe und Erstautor André Große-Stoltenberg von der Universität Münster. Die Akazie bedroht demnach die einheimische Pflanzenvielfalt gleich mehrfach: Sie reichert das nährstoffarme Dünen-Ökosystem mit Stickstoff an, entzieht dem Boden viel Wasser und verdichtet zudem die eigentlich lichte Vegetationsstruktur.

Akazienbestand in Portugal kartiert

Wissenschaftler der Universitäten Münster, Hamburg, Freiburg und Bielefeld haben nun erstmals den gesamten Akazienbestand in einem elf Quadratkilometer großen Dünen-Ökosystem an Portugals Westküste und dessen Auswirkungen auf den Nährstoffgehalt mit hoch aufgelösten Flugzeug-Sensordaten kartiert. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift „Remote Sensing of Environment“ veröffentlicht. Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der European Facility for Airborne Research und dem Deutschen Akademischen Austauschdienst gefördert.

Für ihre Untersuchungen kombinierten die Forscher eine GPS-gestützte Geländekartierung mit Fernerkundungsdaten, verwendeten also sowohl „normale“ Luftbilder als auch Laserscanning- und Hyperspektral-Daten. Durch die Hyperspektral-Sensoren, die auch Infrarotwellen detektieren, gelang es, die gesamte pflanzliche Biomasse sichtbar zu machen. „Die Akazie hinterlässt ein deutliches Produktivitätssignal im Ökosystem. Es wird erst durch den Einsatz von Infrarotsensoren sichtbar – so ähnlich wie bei ‚Geheimtinte‘“, erklärt Große-Stoltenberg.

Frühwarnsystem für Ökosystemveränderungen

Die pflanzliche Biomasse, auch Brutto-Primärproduktion genannt, lässt den Grad der Akazien-Invasion erkennen: Je mehr Akazien in den Dünen wachsen und je älter die Sträucher werden, desto größer ist die Brutto-Primärproduktion. „Vor allem mithilfe der Sensordaten aus dem Infrarot-Bereich konnten wir räumlich explizit zeigen, dass die Akazie das Dünenökosystem bezogen auf die Primärproduktion Schritt für Schritt in ein waldähnliches Ökosystem verwandelt“, so Große-Stoltenberg.

Mit dieser Methode lassen sich durch die Akazie verursachte Veränderungen des Ökosystems bereits in einem sehr frühen Stadium der Invasion und bei einer Bedeckung von weniger als zehn Prozent der Fläche erkennen. Laut den Forschern könnte so zukünftig frühzeitig einer Akazien- oder ähnlichen Pflanzen-Invasion entgegengewirkt werden. Die Analyse der Daten erfolgte mit einem Algorithmus, der anhand der Referenzdaten aus der GPS-gestützten Geländekartierung „lernt“, Akazien in den Luftbildern sicher zu erkennen.

jmr

Globalization has many advantages for humans and technology. But for flora and fauna the mixing of native with foreign organisms can be dangerous. Because non-indigenous animal and plant species often have no natural enemies. Therefore, they spread unhindered and decimate the resources for native species.

Acacia displaces native plants

A prime example of an imported plant endangering the native ecosystem is Acacia longifolia in Portugal. In the 20th century, the Australian-originated long-leaved acacia was introduced for the attachment of sand dunes. But without natural enemies or equal competition, the yellow-flowering shrub spreads massively and influences the water and nutrient balance to the detriment of indigenous plants. "The long-leaved acacia fundamentally changes very sensitive and species-rich dune ecosystems in southwestern Portugal," explains landscape ecologist and first author André Große-Stoltenberg from the University of Münster. The acacia thus threatens the native plant variety in several ways: It enriches the nutrient-poor dune ecosystem with nitrogen, removes much water from the soil and condenses the vegetation.

Acacia stock mapped in Portugal

Now, for the first time, scientists from the Universities of Münster, Hamburg, Freiburg and Bielefeld have mapped the entire acacia population in an eleven-square-kilometer dune ecosystem on Portugal's west coast and its effects on nutrient content with high-resolution aircraft sensor data. Their results are published in the journal "Remote Sensing of Environment". The study was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft, the European Facility for Airborne Research and the German Academic Exchange Service. For their investigations, the researchers combined GPS-based terrain mapping with remote sensing data, using both "normal" aerial images as well as laser scanning and hyperspectral data. The hyperspectral sensors, which also detect infrared waves, made it possible to visualise all of the plant biomass. "The acacia leaves a clear signal of productivity in the ecosystem. It only becomes visible through the use of infrared sensors," explains Große-Stoltenberg.

Warning system for ecosystem changes

The total plant biomass indicates the degree of acacia invasion: the more acacia trees grow in the dunes and the older the shrubs become, the greater the biomass. "With the help of infrared sensor data in particular, we were able to explicitly show that acacia transforms the dune ecosystem step by step into a forest-like ecosystem in relation to primary production," says Große-Stoltenberg. With this method, acacia-induced ecosystem changes can be detected at a very early stage of the invasion, covering less than ten percent of the area. According to the researchers, this method allows for early detection and thus appropriate countermeasures in the future in case of acacia or similar plant invasion. The analysis of the data was carried out with an algorithm that "learns" to recognize acacia in the aerial images with the help of the reference data from the GPS-supported terrain mapping.

jmr

Modernes Hochleistungssaatgut hat in den vergangenen Jahrzehnten die landwirtschaftlichen Erträge enorm gesteigert. Gleichzeitig hat es zu einer starken Verarmung der Sorten geführt und bietet meist keine Lösungen für ökologische Anbausysteme, kleinbäuerliche Strukturen und weniger fruchtbare Böden – die aber einen großen Teil der weltweiten Anbauflächen ausmachen. Die Umweltwissenschaftlerin und Nachhaltigkeitsforscherin Stefanie Sievers-Glotzbach untersucht deshalb, ob eine Gemeingüterorientierung im Saatgutsektor diese Probleme besser lösen könnte, und wie der Weg dorthin aussehen müsste. Eine Gemeingüterorientierung bedeutet konkret, dass Sorten für die Weiterzüchtung und Vermehrung offengehalten werden – also kein Sortenschutz und keine Hybridzüchtung.

Schon in ihrer Jugend haben praktische Umweltfragen und der Klimaschutz Stefanie Sievers-Glotzbach bewegt. Als Mitglied der Naturschutzorganisation BUND engagierte sie sich politisch, war in der Umweltbildung aktiv, wirkte bei der Organisation großer Kongresse mit. Dabei merkte sie: „Die ganzen Fragen haben mich auch auf einer wissenschaftlichen Ebene interessiert.“ Das Studium der Umweltwissenschaften an der Universität Lüneburg lag da nahe.

Nicht im Kämmerlein forschen

Wichtig war der jungen Frau von Anfang an, nicht Forschung im Kämmerlein zu betreiben, sondern damit Dinge zu erzielen, die wichtig sind. Schnell stellt sie fest: „Die Wissenschaft liegt mir mehr als die Arbeit in einer NGO, wo die Arbeit inhaltlich oberflächlicher stattfinden muss.“ Ihr Doktorvater Stefan Baumgärtner lenkt schließlich ihre Aufmerksamkeit auf Wirtschaftsfragen. „Ich habe schnell gemerkt, wie stark die Wirtschaft unser ganzes System bestimmt“, schildert Sievers-Glotzbach. Von der Umweltwissenschaft verschiebt sie ihren Fokus Richtung Nachhaltigkeitsforschung.

In ihrer Promotion befasst die junge Wissenschaftlerin sich damit, wie sich in der Landwirtschaft Nachhaltigkeit und Gerechtigkeit verankern lassen. Sind globale Gerechtigkeit und Generationengerechtigkeit in der Umweltnutzung (un)vereinbar, wie können Nutzungskonflikte aufgelöst werden? Sievers-Glotzbach entwirft Modelle, deren Ziele sich – anders als in der industriellen Landwirtschaft heute üblich – nicht an maximaler Effizienz, sondern an Gerechtigkeit orientieren. 2013 wird sie mit dem „Leuphana Nachwuchspreis Forschung“ der Universität gewürdigt und für den Deutschen Studienpreis der Körber-Stiftung nominiert.

Geprägt wird Sievers-Glotzbach in dieser Zeit von zahlreichen Forschern aus dem Bereich der ökologischen Ökonomik und sozial-ökologischen Forschung, insbesondere dem Landschaftsökologen Jörn Fischer. „Er arbeitet transdisziplinär und kommuniziert seine Forschung gut nach außen“, lobt sie den bloggenden Professor. „Viele Forscher machen zwar Politikberatung, wirken aber wenig in der Praxis“, findet sie.

Nachwuchsforschungsgruppe „RightSeeds“

An der Universität Oldenburg beginnt sie zunächst als Wissenschaftliche Mitarbeiterin, koordiniert dort den Studiengang „Sustainability, Economics and Management“, die Forschung tritt etwas in den Hintergrund. Schließlich wird sie Juniorprofessorin für das Fachgebiet „Ökonomie der Gemeingüter“ und leitet seit Oktober 2016 die BMBF-Nachwuchsforschungsgruppe „RightSeeds“.

Interdisziplinäres Forschen und eine gute Öffentlichkeitsarbeit sind der 34-Jährigen auch bei ihrer heutigen Arbeit wichtig. „Wissenschaftskommunikation ist in den Weiterbildungen für Gruppenleiter erst nach drei oder vier Jahren dran“, bedauert Sievers-Glotzbach. Die Zeit dafür ist knapp, denn als Juniorprofessorin muss sie Ergebnisse in der Lehre und Publikationen nachweisen – weit früher, als das im Forschungsprojekt „RightSeeds“ selbst gefordert ist.

Saatgut vor Vereinnahmung schützen

Darin beschäftigen die Wissenschaftlerinnen sich mit Gemüse und Getreide. Der Zugang zu Saatgut wird nämlich durch Sortenschutz und Patentrecht stark privatisiert. „Das macht es den Konzernen leichter, ist aber ein Problem in Entwicklungsländern und im Ökoanbau“, erläutert Sievers-Glotzbach und findet: „Wir müssen das Saatgut vor der Vereinnahmung durch Konzerne schützen.“ Sie möchte untersuchen, wie gemeingüterbasierte Sortenzüchtung und Saatgutproduktion den Pflanzenbau sozial und ökologisch verändern können. Schließlich war Saatgut noch bis vor gut einhundert Jahren ein Gemeingut, das zwischen Bauern getauscht wurde.

„Können Gemeingutansätze als zweiter Pfad existieren?“, fragt die Forscherin. Einzelne Beispiele dafür gibt es. „Wie holen wir den Ansatz aus der Nische raus? Und wie wird die Züchtung dann finanziert?“ Eine mögliche Antwort: Aus dem Verkaufspreis im Geschäft fließen ein paar Cent an den Züchter zurück.

Ähnliches beschäftigt Sievers-Glotzbach im Projekt „EGON“, in dem es um ökologische Apfelzüchtung in gemeingutorientierten Initiativen geht. Zwar erfolgt die Obstzüchtung in Deutschland weniger durch Konzerne, sondern vor allem im Julius-Kühn-Institut. Doch auch das konzentriert sich auf Sorten mit den größten Umsatzchancen. „Die modernen Apfelsorten stammen von wenigen Stammeltern und sind so genetisch sehr ähnlich“, kritisiert die Nachhaltigkeitsforscherin. Erhöhte Anfälligkeit gegen Krankheiten und weniger Anpassungsfähigkeit an den Klimawandel sind nur zwei der Nachteile.

Auswirkungen aufs Privatleben

Sievers-Glotzbachs Arbeit wirkt sich auch auf ihr Privatleben aus. „Ich kaufe schon lange bewusst ‚bio‘, aber jetzt achte ich noch mehr darauf, Bioland oder Demeter zu kaufen, weil die einen höheren Standard bei der Sortenauswahl haben.“ Je mehr sie sich mit dem Thema Nachhaltigkeit beschäftige, desto mehr denke sie nach, wie sie für sich, ihren Mann und ihre Tochter einkaufe.

Zeit für ihre Familie findet die junge Mutter neben der Arbeit vor allem dadurch, dass sie ihre Zeit recht frei einteilen kann. Gemeinsam kümmern die Drei sich um eine eigene Streuobstwiese.

Tipps für angehende Akademiker

Angehenden Akademikern rät sie, sich früh die Schnittstelle oder Nische zu überlegen, wo sie arbeiten wollen. Die Promotion sollte ein Herzensthema behandeln. „Sonst funktioniert das nicht“, glaubt Sievers-Glotzbach. „Und unbedingt kumulativ promovieren, in Artikeln denken, keine Monografie schreiben.“ Vor allem sollte die Promotion dazu dienen, sich das methodische Handwerkszeug anzueignen: „In neue Themen kann man sich später gut einarbeiten, aber die Methoden sollte man beherrschen und kann sie dann übertragen.“ Außerdem sollten Doktoranden früh an ihrem Netzwerk arbeiten, ruhig schon im ersten Jahr Tagungen besuchen. Aus eigener Erfahrung weiß die Jungforscherin: „Man bekommt dort viel mit und erhält gutes Feedback.“

Autor: Björn Lohmann

Der Einsatz von Pestiziden in der Landwirtschaft wird heiß diskutiert. Studien bestätigen jedoch, dass spezielle Pflanzenschutzmittel das Verhalten von Insekten beeinflussen und damit die Artenvielfalt gefährden können. Erst kürzlich hatten deutsche und britische Forscher den Beweis erbracht, dass Neonicotinoide, das Summen von Hummeln und damit ihr Bestäubungsverhalten behindern. Im Februar hatte die europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit EFSA für diese Pestizidgruppe entsprechende Risiken für Bienen bestätigt.

Wirkung auf Honigbienen untersucht

Forscher der Universität Würzburg haben nun den Einfluss eines neuen alternativen Pestizids auf Honigbienen untersucht. Dabei handelt es sich um den aus Pflanzen gewonnenen Wirkstoff Flupyradifuron aus der Klasse der Butenolide, den der Konzern Bayer unter dem Namen Sivanto vermarktet. Das Produkt, das bei Obst-, Gemüse-,Kakao- und Kaffeepflanzen gegen diverse saugende Insekten wie Blattläuse wirken soll, gilt bei richtiger Anwendung den Herstellerangaben nach als bienenfreundlich.

Hohe Dosis schmälert Lernleistung

Für ihre Studie hatten Ricarda Scheiner und Hannah Hesselbach zunächst untersucht, wie Bienen Zucker wahrnehmen. Im Anschluss wurden die Insekten auf einen Duft konditioniert und ihre Erinnerung an das Gelernte am nächsten Tag getestet. Wie die Forscher nun im Fachjournal „Nature Scientific Reports“ berichten, kann in hoher Dosis auch Flupyradifuron das Verhalten von Honigbienen beeinträchtigen. „Unsere Daten zeigen, dass nicht tödliche Dosen von Flupyradifuron nach einmaliger Verabreichung an sammelnde Honigbienen deren Geschmackswahrnehmung sowie das Lernen und Gedächtnis negativ beeinflussen“, sagt Ricarda Scheiner.

Keine Bedenken bei exakter Anwendung

Wie die Forscherinnen berichten, zeigte das Pestizid in niedrigen Dosen keine negativen Beeinträchtigungen. Ab einer Flupyradifuronmenge von 1,2 Mikrogramm pro Biene waren jedoch Wahrnehmung und Lernleistung der Tiere deutlich reduziert. Die Forscher sind jedoch zuversichtlich, dass Honigbienen bei vorschriftsmäßiger Anwendung des Pestizids nicht mit dieser Dosis in Kontakt kommen sollten. Ob das neue Pestizid Bienen auch noch anderwärtig beeinträchtigt, wie etwa bei der Orientierung, muss noch erforscht werden. „Auch können wir nicht sagen, welchen Einfluss Flupyradifuron in Kombination mit anderen Pflanzenschutzmitteln, von denen häufig Rückstände in Honig und Pollen zu finden sind, auf die Bienen hat,“ ergänzt Hannah Hesselbach.

Pestizid in Europa zugelassen

In den USA ist das Pestizid seit 2015 auf dem Markt. Im gleichen Jahr hat die Europäische Union den Wirkstoff Flupyradifurone für die Dauer von zehn Jahren genehmigt. In Europa ist das Pflanzenschutzmittel aber noch nicht erhältlich.

Es ist das bisher einzige Leibniz-Institut, das die Bioökonomie in seinem Namen trägt: das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) in Potsdam. Und wenn es nach dem Senat der Leibniz-Gemeinschaft geht, wird die Forschungeinrichtung auch über viele weitere Jahre weiterforschen. Laut Stellungnahme des Senats erfüllt das ATB die Voraussetzungen für eine Fortsetzung der gemeinsamen Förderung mittels Bund und Ländern für weitere sieben Jahre. Auf Bundesebene wird das ATB durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert, und auf Landesebene durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK) des Landes Brandenburg. Über die Weiterförderung des Instituts entscheidet abschließend die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz von Bund und Ländern.

Positive Evaluierung

„Das positive Evaluierungsergebnis ist insbesondere auf den Einsatz unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zurückzuführen, die sich mit großem fachlichen und persönlichem Engagement den Empfehlungen des letzten Evaluierungsberichts gestellt haben“, freut sich Annette Prochnow, die seit Januar 2018 das Institut kommissarisch leitet. „Außerdem haben wir überaus engagierte und kompetente Unterstützung erfahren durch unsere Gremien, den Wissenschaftlichen Beirat und die Mitgliederversammlung, sowie durch unsere Fördermittelgeber, die ihr Vertrauen in uns gesetzt haben und uns auch auf dem weiteren Entwicklungsweg begleiten werden.“

Bioökonomie als Lösungsansatz

Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) betreibt anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Agrartechnik, um bioökonomische Produktionssysteme nachhaltig zu verbessern. Das Ziel: neue Technologien für eine wissensbasierte Produktion von Biomasse sowie deren Nutzung für die Ernährung, als biobasierte Produkte und Energieträger zu entwickeln. Durch solch interdisziplinäre Projekte sollen Lösungen für globale Zukunftsfragen gefunden werden.

Reformprozess wurde belohnt

Im Anschluss an die letzte Evaluierung im Jahr 2014 hat das ATB einen umfassenden Reformprozesses eingeleitet und sein Gesamtkonzept weiterentwickelt, indem die Arbeiten inhaltlich stärker fokussiert und organisatorisch besser strukturiert wurden. Diese Entwicklung sowie der geplante Ausbau der Themengebiete Bioökonomie, Agrarinformatik und Mikrobiologie konnte den Senat überzeugen. Aufgrund seiner Forschungsergebnisse leiste das ATB einen wichtigen Wissens- und Technologietransfer in den agrartechnischen Anwendungsbereich und sei mit seinen Beratungsleistungen für politische Entscheidungsträger von hoher Bedeutung. Jede Leibniz-Einrichtung wird regelmäßig extern evaluiert, spätestens nach sieben Jahren. International ausgewiesene Sachverständige bewerten die Leistungen und Strukturen jeder Einrichtung auf Grundlage schriftlicher Unterlagen und bei einem Evaluierungsbesuch. Die Evaluierung dient der Einschätzung von Stärken und Schwächen einer Einrichtung und soll Potentiale für die Weiterentwicklung erkennen.

jmr

Eisen ist für Pflanzen lebensnotwendig. Der Nährstoff ist zwar ein natürlicher Bestandteil des Bodens, ist allerdings nicht immer und überall in ausreichender Menge verfügbar. Das trifft vor allem auf Böden mit einem hohen Kalkanteil oder hohen pH-Wert zu. Um trotzdem an die lebenswichtigen Nährstoff heranzukommen, haben Pflanzen im Laufe der Evolution verschiedene Strategien entwickelt. So geben viele Pflanzen unter Eisenmangel Coumarin-artige Siderophore, sogenannte Eisenträger ab, die sich in der wurzelnahen Zone, der Rhizosphäre, ausbreiten und dort mit dreiwertigen Eisen (Fe³⁺) einen chemischen Komplex bilden. Wandern diese dann zurück zur Wurzeloberfläche, werden sie durch Plasmamembran-gebundene Reduktasen zu besser löslichem, zweiwertigen Eisen (Fe²⁺) abgebaut. Dieses kann wiederum durch Membranproteine von der Pflanze aufgenommen werden.

Eisenträger mit wandlungsfähiger Struktur

Forscher am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben konnten nun gemeinsam mit Forschenden der Universität Stanford in Kalifornien eine Lücke im Biosyntheseweg dieser coumarinartigen Siderophore schließen. Die Ergebnisse stellen die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature Chemical Biology“ vor. Bei ihren Untersuchungen an der Modellpflanze Ackerschmalwand stellte sich heraus, dass die chemische Struktur der Eisenträger sehr wandlungsfähig ist, was den Biosyntheseweg gleich mehrfach positiv beeinflusst.

Lösliches Eisen entsteht ohne Hilfe von Enzymen

Eine dieser überraschenden Eigenschaften ist die Fähigkeit, dass die Coumarin-artigen Siderophore während der Komplexbildung selbst das dreiwertige Eisen reduzieren können, wie Nicolaus von Wirén vom IPK erklärt. „Diese Fähigkeit erleichtert die Mobilisierung von schwer löslichem Eisen im Boden und erlaubt es, die enzymatische Reduktion der dreiwertigen Eisenkomplexe an der Plasmamembran zu umgehen, um zweiwertiges Eisen zu erhalten. Zudem können diese coumarinartigen Siderophore potenziell als Redox-Fähren agieren, nämlich wenn sie selbst an der Plasmamembran reduziert werden und dadurch die Fähigkeit erhalten, weiteres dreiwertiges Eisen im Boden zu lösen sobald sie in die Rhizosphäre zurückgekehrt sind.“

Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze sind wichtige Rohstoffe für die Bioökonomie. Ob in der Biogasanlage, in Klärwerken oder in der biotechnologischen Forschung und Produktion - Mikroben sind hier unverzichtbare Leistungsträger. Doch die Nutzung und vor allem der internationale Austausch dieser biologischen Ressourcen unterliegt strengen gesetzlichen Auflagen.

Gewinnbeteiligung für Ursprungsland

Um die internationale Nutzung genetischer Ressourcen fair zu regeln, trat im Oktober 2014 das Nagoya-Protokoll in Kraft. Dieses Protokoll definiert Regeln über den „Zugang zu genetischen Ressourcen und die ausgewogene und gerechte Aufteilung der Vorteile, die sich aus ihrer Nutzung ergeben“. Der Grund: Die landwirtschaftliche Biodiversität und somit die genetische Vielfalt ist in den Entwicklungsländern häufig höher, als in den Industrieländern. In der Vergangenheit wurden jedoch immer wieder genetische Ressourcen aus Entwicklungsländern verwendet und Patente entwickelt, ohne die Zustimmung der Ursprungsländer einzuholen und diese an den Gewinnen zu beteiligen.

DSMZ-Sammlung ist erste Nagoya-konforme registrierte Sammlung Europas

Seit Juli 2016 ist auch in Deutschland ein entsprechendes Vollzugsgesetz in Kraft. Die Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (das Leibniz-Institut DSMZ) ist nun als erste Einrichtung in das europäische Register von Sammlungen aufgenommen worden, die die Anforderungen des Nagoya-Protokolls erfüllen: „Jeder, der einen Bakterienstamm, eine Pilzkultur oder einen anderen Mikroorganismus bei der DSMZ bestellt, kann sich ab sofort sicher sein, der wichtigsten Sorgfaltspflicht im Rahmen des Nagoya-Protokolls Genüge getan zu haben“, erläutert DSMZ-Geschäftsführer Jörg Overmann. Die DSMZ nimmt ihren Kunden somit gleich zwei zentrale Aufgaben ab: Zu prüfen, ob eine biologische Ressource in den Geltungsbereich des Nagoya-Protokolls fällt und ob alle nötigen Dokumente und Genehmigungen vorliegen.

Weniger bürokratische Hürden für Forscher

„Grundsätzlich ist jeder Wissenschaftler verpflichtet, selbst zu ermitteln, was in einem Land gilt und welche Genehmigungen einzuholen sind“, so Overmann weiter. „Durch das Nagoya-Protokoll ist es für die Wissenschaft erheblich schwieriger geworden, mit Bakterien oder Pilzkulturen, die zu den wichtigsten Forschungsgegenständen der Lebenswissenschaften gehören, zu arbeiten. Den zusätzlichen Aufwand unterschätzen viele.“ Die DSMZ nimmt ihren Kunden nun den durch das Nagoya-Protokoll entstandenen bürokratischen Mehraufwand ab und bietet damit laut Overmann „einen einzigartigen Service an“. Die bürokratischen Hürden würden stark reduziert, so dass sich die Wissenschaftler wieder auf die Forschung konzentrieren könnten.

Über 40.000 Organismen und Kulturen registriert

Mit Ausnahme weniger Pflanzenzelllinien fallen fast alle der über 40.000 im DSMZ-Katalog geführten Mikroorganismen und Kulturen unter die Regularien des Nagoya-Protokolls. Dafür wurden in den letzten Monaten am Leibniz-Institut in Braunschweig alle Ressourcen überprüft, der Katalog aktualisiert sowie Bestellvorgänge und Qualitätskontrollen angepass. Die Voraussetzungen für die Aufnahme in das Register sind in der EU-Verordnung 511/2014 geregelt. Der Antrag wurde vom Bundesamt für Naturschutz als deutsche Vollzugsbehörde für das Nagoya-Protokoll geprüft und genehmigt.

jmr

Microbes, fungi and bacteria are important resources for the bioeconomy. All three of them can be used either for degradation processes of biological material as for instance in a biogas plant, or for the production of materials or vegan food. However, the use and above all the international exchange of these resources is subject to strict legal requirements.

Profit shares for countries of origin

In October 2014, the Nagoya Protocol came into effect in order to regulate the international use of genetic resources fairly. The Nagoya Protocol is a binding treaty under international law, regulating the implementation of the objectives of the UN Convention on Biological Diversity (CBD). This Protocol defines the rules on "access to genetic resources and the fair and equitable sharing of benefits arising from their use". The reason: Agricultural biodiversity and thus genetic diversity is often higher in developing countries than in industrialised countries. In the past, however, genetic resources from developing countries have been used and patents have been developed without obtaining the consent of the countries of origin and without sharing any profits with them.

Leibniz DSMZ is first resource centre to be entered in European register of collections

Since July of 2016 the according enforcement law in in effect in Germany. The Leibniz Institute DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH) is now the first biological resource centre ever to be entered in the European register of collections. This means that the DSMZ now officially meets the requirements of the Nagoya Protocol, by taking care of two essential tasks for customers: 1) reviewing whether a biological resource falls within the scope of the Nagoya Protocol, and 2) checking if all required documents and approvals are on hand. “Anyone who orders a bacterial strain, fungus, or other microorganism from the DSMZ can be assured they have met the due diligence requirements of the Nagoya Protocol with that purchase,” explains Jörg Overmann, Managing Director of the DSMZ.

DSMZ reduces bureaucratic hurdles for scientists

“In principle, every scientist is obligated to personally determine what applies in a country and which permits need to be obtained,” Overmann says. “The Nagoya Protocol has made it considerably more difficult for scientists to work with bacteria or fungi cultures, which are among the most utilizable resources in the life sciences. Many underestimate the additional effort of obtaining Nagoya-related permission.” As a Registered Collection, the DSMZ now can offer customers pre-screened, pre-approved resources with the accompanying documentation and with no additional effort for the customers. “We are offering a unique service to the scientific community,” Overmann explains. “We have reduced the bureaucratic hurdles considerably so that scientists can once again focus on research.”

More than 40,000 microorganisms are registered

With the exception of a few plant cell lines, the “registered” status applies to all of the more than 40,000 microorganisms, cultures, and DNA listed by the DSMZ in its official catalogue that fall under the regulations of the Nagoya Protocol. Over the last few months, the DSMZ reviewed all of its resources, updated its entire catalogue, and adapted its ordering processes and quality control in order to comply with the requirements of EU Directive 511/2014 for acceptance into the register. The application was reviewed and approved by the German Federal Agency for Nature Conservation (BfN), Germany’s enforcement authority for the Nagoya Protocol.

jmr

Sport treiben und Bier trinken schien lange unvereinbar. Mittlerweile gibt es aber zahlreiche alkoholfreie Sorten, die bedenkenlos auch nach einem schweißtreibenden Training gezischt werden können. Was das alkoholfreie isotonische Weizenbier für den Langstreckenläufer ist, könnte für Kraftsportler bald schon das Proteinbier sein, das Forscher der Technischen Universität Berlin für das Hamburger Start-up „Joybräu“ entwickelt haben. Der Genuss einer 0,33 Liter-Flasche dieses proteinreichen Getränks soll wie ein Milchshake nach dem Training den Muskelaufbau unterstützen.

Proteine aus der Bierflasche

Zwei Jahre haben Forscher um den Berliner Brauexperten der TU, Thomas Kunz, an der Mixtur für diese Weltneuheit getüfftelt. Die Idee dazu stammt von den Start-up-Gründern, Tristan Brümmer und Erik Dimter, die 2016 auf die Forscher zu kamen. „Basierend auf den in einer Malzwürze vorhandenen, ernährungsphysiologisch wertvollen Inhaltsstoffen sollte das entwickelte Fitnessgetränk alle von Natur aus positiven Eigenschaften eines alkoholfreien Bieres mit den speziellen Eigenschaften der für den Kraftsport förderlichen Aminosäuren vereinen“, sagt Thomas Kunz.

Frei von künstlichen Aromen und Farbstoffen

Bisher wurden nach Lauf- und Krafttraining meist synthetische Drinks aus Eiweiß- oder Aminosäurekonzentraten getrunken, die oft in Pulverform in Wasser oder Getränke aufgelöst werden. Das neue Fitnessgetränk hingegen soll nicht nur erfrischend und vollmundig wie ein Bier sein. Die Berliner Braumeister verzichteten zudem auch gänzlich auf künstliche Aromen, Farbstoffe oder Süßungsmittel. Außerdem besteht das neuartige Bier aus zahlreichen für den Sportler wichtige Aminosäuren: Leucin, Isoleucin und Valin dienen dazu den Körper bei der Erholung nach dem Training zu unterstützen. Beta-Alanin und Carnitin tragen zur Leistungssteigerung bei.

Proteinbier bald im Fitness-Center

Die größte Herausforderung bei der Bierherstellung bestand darin, die gewünschten Mengen an Aminosäuren in einer Biermatrix zu lösen, ohne dass Geschmack, Farbe, Vollmundigkeit, Süße und Säure darunter leiden. Auch mussten die Hopfeninhaltsstoffe untersucht und in ein Gleichgewicht gebracht werden. Seit Februar diesen Jahres wird das neue Proteinbier im Online-Shop bei „JoyBräu“ angeboten. Bald schon soll es auch bundesweit in Fitness-Centern erhältlich sein.

Polymilchsäure – kurz PLA – ist der Baustein für viele Biokunststoffe. Die Palette der Einsatzmöglichkeiten reicht von Lebensmittelverpackungen über Dübel bis hin zu Kinderspielzeug. Ebenso hoch sind auch die Anforderungen an das biobasierte Material. Vor allem für den Einsatz in der Elektroindustrie oder im Transportwesen weißt PLA noch Schwachstellen auf.

Diese Probleme wird ein neues Konsortium unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT nun ins Visier nehmen. Im Verbundprojekt TechPLAstic wollen Partner aus Forschung und Industrie die Eigenschaften von Polymilchsäure so optimieren, dass der natürliche Rohstoff mit dem fossilen Erdöl auf dem Markt konkurrieren, und so ein neuer Markt für Biokunststoffe erschlossen werden kann.

PLAs für Elektronik und Bauwesen

„Um vermarktungsfähige Biokunststoffe aus PLA für technische Produkte herzustellen, müssen wir die Werkstoffeigenschaften anpassen und verbessern“, erklärt Hendrik Roch von der Abteilung Biobasierte Kunststoffe beim Fraunhofer UMSICHT. Im Rahmen des Projektes sollen nun PLA-Compounds entwickelt werden, die sowohl wärmeformbeständig sind, eine hohe Schlagzähigkeit aufweisen als auch eine effiziente und halogenfreie Flammschutzausrüstung bieten. Die neuen PLA-Verbindungen sollen zunächst im Elektronik- und Bausektor bei der Herstellung von technischen Produkten wie etwa Leuchten, Lichtschaltern oder Tasten in der Gebäudetechnik zum Einsatz kommen. Das Vorhaben wird vom Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) finanziert.

Schwächen von PLA ausloten

Gerade hinsichtlich seiner technischen Anwendung weist der natürliche Rohstoff noch Schwächen auf. Roth verweist darauf, dass PLA mit entsprechend hohem Flammschutz bisher meist mechanische Eigenschaften wie Schlagzähigkeit und Bruchdehnung verschlechterten. Durch die Zugabe von Flammschutzmitteln wurde zudem PLA noch spröder als es ohnehin schon ist. Auch die langsame Kristallisation stellte ein Problem dar. Sie beeinträchtigte die Wärmeformbeständigkeit, sodass der Einsatz in technischen Spritzgussprodukten bisher nicht möglich war. Das soll sich nun ändern.

Flammgeschützte PLAs für das Spritzgussverfahren

Im Projekt soll ein flammgeschütztes PLA-Compound für Spritzgussanwendungen entwickelt werden. Angestrebt werden die Brandschutzklassifizierung UL94-V0 und eine Formbeständigkeit über 100°C. Auch die Methode des Spritzgießens wird vom Projektkonsortium grundsätzlich überprüft. „Dadurch können wir sowohl aus Material- als auch Prozesssicht wirtschaftlich und technisch tragfähige Lösungen erarbeiten“, sagt Roch.

Ökologisch bewirtschaftete Felder und Wiesen sind nicht nur gut für Klima, Umwelt sowie Mensch und Tier. Gleichzeitig kann der Ökolandbau auch für Landwirte profitabel sein, wie erst kürzlich eine Studie zeigte. Der Trend zum Ökolandbau zeigt sich hierzulande auch in der Zunahme der nachhaltig bewirtschafteten Flächen und der wachsenden Nachfrage nach Bioprodukten. Doch hat der Ökolandbau auch das Potenzial die weltweiten Ernährungsprobleme von heute und morgen zu lösen? Und sind Bioprodukte tatsächlich gesünder als Erzeugnisse aus konventioneller Landwirtschaft? Antworten darauf liefert eine Studie, die soeben im Fachjournal „Annual Review of Resource Economics“ erschienenen ist.

Weltweite Effekte des Ökoanbaus

Forscher der Georg-August-Universität Göttingen haben darin in mehreren Teilen der Welt die Effekte des Ökolandbaus auf Klima, Umwelt und Gesundheit genauer untersucht. Grundlage bildeten rund 150 Einzelstudien und Meta-Analysen. Das Team um die Agrarökonomen Eva-Marie Meemken und Matin Qaim kommen zu dem Schluss: Nur eine Kombination von ökologischen und konventionellen Anbautechniken kann eine global nachhaltige Landwirtschaft garantieren.

Weniger Ertrag auf größerem Acker

Der Studie zufolge gehen Vorteile des Biolandbaus für Umwelt und Klima allerdings verloren, wenn die Effekte pro Produkteinheit statt pro Hektar Ackerfläche verglichen werden. Für Bioprodukte werden wegen der niedrigeren Erträge viel mehr Ackerflächen benötigt, als für die gleiche Menge konventionell hergestellter Produkte. Diese Ertragsunterschiede sind im Hinblick auf die weltweit wachsende Nachfrage nach nachhaltig erzeugten Produkten zu beachten. „Bisher wird weltweit nur ein Prozent der Ackerfläche nach den Regeln des Ökolandbaus bewirtschaftet. Wollte man zukünftig die ganze Welt mit Bioprodukten ernähren, bräuchte man deutlich mehr Fläche, was nur auf Kosten von Wäldern und anderen natürlichen Lebensräumen möglich wäre“, sagt Matin Qaim.

Ökoprodukte in armen Ländern zu teuer

Außerdem kommen die Forscher zu dem Ergebnis, dass der Ökolandbau zur Ernährungssicherung in ärmeren Ländern ungeeignet ist, weil die Produkte im Vergleich zu herrkömmlich produzierten Waren viel teurer sind. „Für einheimische Grundnahrungsmittel gibt es in Entwicklungsländern aufgrund der niedrigen Einkommen bisher kaum einen Markt für teurere Bioprodukte“, sagt Eva-Marie Meemken.

Agrarsysteme dem Standort anpassen

Das Fazit der Göttinger Forscher: Die Vorteile des Ökolandbaus greifen nicht überall. Daher ist diese Form der Bewirtschaftung allein kein Leitbild für eine global nachhaltige Landwirtschaft und Ernährungssicherung. Eben so wenig kann aber die industrielle Landwirtschaft mit ihrem hohen Chemikalieneinsatz ein Zukunftsmodell der Nachhaltigkeit sein. „Benötigt werden produktive und zugleich umweltfreundliche Systeme. Solche Systeme standörtlich angepasst zu entwickeln, erfordert die intelligente Kombination von Methoden des Ökolandbaus und der konventionellen Landwirtschaft – auch unter Berücksichtigung ganz neuer Technologien“, argumentieren die Forscher.

Etwa 5 Millionen Tonnen Acrylsäure werden jährlich von der chemischen Industrie zur Herstellung zahlreicher Produkte genutzt. Die aus dem fossilen Propen gewonnene farblose Flüssigkeit ist ein Hauptbestandteil von Lacken, Beschichtungen und Klebern. Acrylsäure wird aber auch als sogenannter Flüssigkeitsabsorber in Hygieneprodukten wie Windeln verwendet. Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg haben nun einen Weg gefunden, diese für die chemische Industrie wichtige Verbindung aus Biomasse herstellen zu können.

Bio-Acrylsäure durch Dehydration von Milchsäure

Bei dem Verfahren handelt es sich um ein katalytisches Reaktionssystem, das mittels Flüssigphasen-Dehydratisierung fermentativ hergestellte Milchsäure umsetzt. Beim sogenannten NADA-System (Nucleophile Assisted Dehydration to Acrylates) werden durch Wasserabspaltung Milchsäure und deren Derivate mittels Bromwasserstoff-Katalyse erzeugt. Auf diese Weise konnten etwa 80% Acrylsäure aus dem biobasierten Reststoff gewonnen werden.

Kostenersparnis durch niedrigere Reaktionstemperaturen

Im Rahmen der Verfahrensentwicklung konnte das Team zugleich neuartige Milchsäurederivate wie 2-Brompropionsäure identifizieren, die sich aus Milchsäure aber auch dem Derivat Dilactid synthetisieren und zu Bio-Acrylsäure umwandeln lassen. Das neue Verfahren ist nicht nur umweltfreundlicher sondern auch effizienter. Im Vergleich zur bisher aufwendigen Acrylsäure-Produktion aus Propen wird der Herstellungsprozess durch die Nutzung von Reststoffen, mildere Reaktionsbedingungen und eine einfachere Reaktortechnologie kostengünstiger. So ist die Reaktionstemperatur des NADA-Systems mit etwa 200 °C niedriger als die 250 bis 400 °C, die für die Acrylsäuregewinnung aus Propen benötigt wird.

Mini-Laboranlage im Test

Auf Grundlage dieser Technologie entstand auch eine neuartige Miniplant-Laboranlage, die derzeit vom Industriepartner Procter & Gamble Manufacturing Berlin GmbH (P&G) technisch und ökonomisch validiert wird. Das Verfahren wurde von den Nürnberger Forschern gemeinsam mit der P&G entwickelt und vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

Mittels Armbanduhren und Apps auf dem Smartphone lassen sich inzwischen nicht nur die Ausdauer beim Sport messen, sondern auch das Training im Vorhinein planen und somit die Leistung steigern. Diese „Wearables“ gehören heute selbst bei Hobbysportlern zur Grundausstattung. Doch lässt sich die sportliche Leistung auch durch die Kleidung selbst oder gar die Schuhe kontrollieren und verbessern?

Atmende Sportschuhe und sensible T-Shirts

Genau diese Fragen will das deutsche Sportbekleidungslabel Puma mit seinen neuen Biodesign-Artikeln beantworten. Hierzu gehören laut Hersteller ein atmender Sportschuh, der seine eigenen Luftwege zur individuellen Belüftung entwickelt, wie auch eine lernfähige Einlegesohle, die Müdigkeit verhindern und die Leistung der Athleten verbessern soll. Und auch ein T-Shirt, das mithilfe von Bakterien auf Umweltfaktoren reagiert, sein Aussehen verändert und so den Träger über die Luftqualität informiert, gehört zur neuen Biodesign-Kollektion.

Industrie und Forschung auf der Modemesse

Entstanden sind die neuen, intelligenten Kleidungsstücke aus einer Kollaboration des deutschen Sportbekleidungsunternehmens, dessen Firmenzentrale in Herzogenaurach sitzt, und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) Design Labs in Boston (USA). Zudem waren auch die Ingenieure der zum Patent angemeldeten Plattform Biorealize, eine Ausgründung der Universität von Pennsylvania, an der Entwicklung der smarten Wearables beteiligt. Vorgestellt wird die neue Kollektion Mitte April auf der Mailänder Design Week 2018.

Lebende Materialien für Kleidungsstücke

Bereits seit Sommer 2017 forschen Puma und das MIT Design Lab im Bereich Biodesign. Hierbei werden „lebende“ Materialien wie Algen oder Bakterien zur Herstellung von Produkten verwendet. So kann beispielsweise ein Fußballtrikot aus Spinnenseide oder ein Schuhkarton aus Myzel, der Wurzelstruktur von Pilzen, produziert werden.

Wearables: programmiert und personalisiert

Diese lebenden, biologisch programmierbaren Materialen können außerdem, je nach äußeren Bedingungen und Programmierung, Form und Struktur verändern. Der biologisch aktive, atmende Schuh ermöglicht eine personalisierte Belüftung, indem er seine eigenen Luftkanäle entwickelt, die den Fuß kühl halten sollen. Die lernfähigen Schuheinlagen sollen hingegen die Leistung des Sportlers durch Echtzeit-Biofeedback verbessern. Die Sohle verwendet hierzu Organismen, um lang- und kurzfristige chemische Phänomene zu messen, die Ermüdung und Wohlbefinden anzeigen. Das mit aktiven Mikroben-Etiketten ausgestattete T-Shirt reagiert hingegen auf Umweltfaktoren, indem die Etiketten ihr Aussehen ändern und den Benutzer so beispielsweise über die Luftqualität informieren.

jmr/ ml

Specialised wristwatches and smartphone apps not only measure our exercise performance, but also help to systematically and individually plan our training in advance and thus help improve our performance. By now, these "wearables" are part of the standard equipment even for amateur athletes. But can the athletic performance also be controlled and improved upon by the clothing itself?

Sports shoes that breath and T-shirts that react

These questions are addressed by the German sports clothing label Puma, which is developing new “bio-designed” articles. According to the manufacturer, these bio-based products include a "breathing" sports shoe that develops its own airways for individual ventilation, as well as a smart insole that prevents tiredness and improves the performance of the athletes. Moreover, Puma developed a T-shirt that reacts to environmental factors with the help of bacteria. The bacteria are plastered onto the shirt like stickers and change their appearance according to air quality and other environmental factors.

Industry and research at the fashion show

The new, intelligent sporting clothes are the result of a collaboration between the German sportswear company Puma and the Massachusetts Institute of Technology (MIT) Design Labs in Boston (USA). In addition, engineers from the Biorealize platform, a spinoff of the University of Pennsylvania, also helped to develop these smart wearables. The new collection will be presented in mid-April at the Milan Design Week 2018.

Clothes made with microbes

Puma and the MIT Design Lab have been researching biodesign – clothes made from living materials – since summer 2017. Living materials such as algae or bacteria are used to manufacture these products. For example, a soccer jersey could be made of spider silk or a shoebox made of mycelium, the root structure of mushrooms.

Wearables: programmed and personalized

These living, biologically programmable materials may also change shape and structure depending on external conditions and programming. The biologically active, breathing shoe, for instance, allows personalized ventilation by creating its own air channels to keep the foot cool. The adaptive insoles are designed to improve athlete performance through real-time biofeedback. The sole uses organisms to measure long and short-term chemical phenomena that indicate fatigue and well-being. Moreover, the T-shirt with active microbial labels reacts to environmental factors by changing the appearance of the labels, thereby informing the user about the quality of the air or other factors.

jmr