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Nadelbäume und Samenfarne gehören zu den ältesten Pflanzengruppen überhaupt. Nach bisherigen Erkenntnissen entstanden diese im sogenannten Erdmittelalter, dem Mesozoikum, das vor etwa 250 Millionen Jahren begann und vor rund 66 Millionen Jahren endete. Nun haben Paläobotaniker der Wilhelms-Universität Münster (WWU) an der Ostküste des Toten Meeres in Jordanien Pflanzenfossilien entdeckt, die zwar Merkmale der Pflanzen aus diesem Zeitalter tragen, aber bereits aus dem Perm stammen, also dem Vorgänger des Erdmittelalters. Damit sind die neu entdeckten Fossilien, die zu den ältesten bekannten Angehörigen dreier Pflanzengruppen zählen,  deutlich älter als bisher vermutet. Über diesen erstaunlichen Fund berichtet das Team um Patrick Blomenkemper, Benjamin Bomfleur und Hans Kerp im Fachjournal „Science“.

Gut erhaltene Fortpflanzungsorgane ermöglichen Zuordnung

Unter den jetzt neu entdeckten Fossilien befindet sich der vermutlich älteste Nachweis von noch heute lebenden Gruppen von Nadelbäumen. Die Samenfarne sind hingegen noch während des Erdmittelalters ausgestorben. Erste Hinweise auf ein Auftreten dieser Farne noch vor dem Erdmittelalter hatte eine Forschergruppe um Hans Kerp bereits vor etwa zehn Jahren veröffentlicht. Doch bei den neuen Funden sind auch die typischen Fortpflanzungsorgane dieser Gewächse ungewöhnlich gut erhalten. „Das hat uns erlaubt, die Verwandtschaftsverhältnisse der Pflanzen anhand charakteristischer Zellmuster der Epidermis, also der äußeren Zellschicht, genau zu bestimmen“, so Bomfleur. Nach der Entdeckung der Fossilien bereiteten die Forscher sie mit speziellen Verfahren im Labor so auf, dass sie sie schließlich mikroskopisch untersuchen konnten.

Tropen könnten evolutionäre Wiege vieler Pflanzengruppen sein

Laut Bomfleur ist auch das jordanische Untersuchungsgebiet etwas ganz Besonderes. Denn die Pflanzenfossilien liegen hier in ungewöhnlichen, gemischten Vergesellschaftungen vor, die bislang unterschiedlichen geografischen Regionen zugeordnet wurden. Entdeckt wurden sie in Sedimentgesteinen, die zu Lebzeiten der Pflanzen in einem küstennahen Flachland in Äquatornähe abgelagert wurden. Eigentlich sind in solchen Bereichen die Chancen, dass Fossilien erhalten bleiben, relativ gering. Der Fund der drei Pflanzengruppen in diesen Ablagerungsräumen belegt demnach, dass Neuentwicklungen in der Pflanzenwelt in vielen Fällen an saisonal trockeneren Standorten in äquatorialen Bereichen stattfanden. „Wir haben seltene fossile Belege dafür gefunden, dass die Tropen als ‚evolutionäre Wiege‘ für viele Pflanzengruppen gelten können“, sagt Bomfleur.

An der Studie waren neben der Universität Münster auch Forschende der University of Jordan in Amman (Jordanien) sowie vom National Museum of Natural History, Smithsonian Institution, in Washington, DC (USA) beteiligt. Die Arbeiten der Münsteraner Paläobotaniker wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unter anderem im Rahmen des Emmy-Noether-Projekts „Latitudinal Patterns in Plant Evolution“ gefördert.

jmr

Die Netzwerkpartner verfolgen das Ziel, die Erschließung biotechnologischer Potenziale und Chancen auch von bisher unentdeckten biologischen Ressourcen aus süß- und salzwasserhaltigen Gewässern sowie die nachhaltigen Nutzungs- und Verwertungsmöglichkeiten aquatischer Biomasse entlang der gesamten Wertschöpfungskette voranzutreiben. Dies schließt auch die biotechnologische Kultivierung verschiedener aquatischer Zuchtbestände mit ein. Der Transfer biobasierter Produkte und Dienstleistungen aus Forschung, Innovation und Demonstration in einen industriellen Produktionsmaßstab soll damit verbessert werden. Insbesondere sollen auch Lösungen zur Ernährungssicherung und zur Produktion von gesunden und sicheren Lebensmitteln aus aquatischen Ressourcen entwickelt werden. Diese Ziele sollen mithilfe der Förderung interdisziplinärer transnationaler Verbundforschungsvorhaben erreicht werden. 

ERA-Blue-Bio-COFUND hat zusammen mit der Europäischen Kommission im Dezember 2018 eine Ausschreibung zur Einreichung von Anträgen für Forschungsprojekte gestartet. Die Initiative hat ein Gesamtvolumen von etwa 23,5 Mio. Euro.

Für die Herstellung von Kosmetika gilt innerhalb der EU seit 2016 ein striktes Tierversuchsverbot. Um Nebenwirkungen neuer Wirkstoffe zu testen, sind Tierversuche jedoch oft noch unverzichtbar - auch weil es bisher an alternativen Testverfahren fehlt. Multiorgan-Chips, auf denen im Miniformat beispielsweise Leber oder Niere abgebildet sind, sind vielerorts in der Entwicklung und könnten künftig helfen, Tierexperimente auf ein Mindestmaß zu begrenzen.

Mehr Transparenz und Qualität in der Forschung

Hier setzt auch das neue Register für Tierversuche „Animal Study Registry“ an, das am 7. Januar dieses Jahres am Deutschen Zentrum zum Schutz von Versuchstieren (Bf3R) am Bundesinstitut für Risikobewertung gestartet ist. Forschende weltweit können hier ihre wissenschaftlichen Studien mit Tieren von Beginn an dokumentieren und stellen so die gewonnenen Informationen anderen Wissenschaftlern zur Verfügung. „Mit diesem Register verbessern wir die Transparenz und Qualität der Forschung. Zugleich helfen wir, unnötige Tierversuche zu vermeiden“, sagt Andreas Hensel, Präsident des Bundesinstituts für Risikobewertung.

Unbequeme Ergebnisse gewünscht

Das Online-Register ist frei zugänglich, die Registrierung freiwillig. Das Register zielt zudem ausdrücklich nicht nur auf Erfolgsmeldungen ab. Auch Studien mit unbequemen Ergebnissen sollen hier eine Plattform finden, damit sich ein umfassenderes und „ungeschöntes“ Bild ergibt und Irrwege in der Forschung vermieden werden. Von der Online-Dokumentation versprechen sich die Initiatoren eine zielgerichtetere Planung von Tierversuchen, nachvollziehbarere Ergebnisse und eine Anhebung des wissenschaftlichen Standards. Durch die Veröffentlichung der Studien könnten Tierversuche eingespart und der Tierschutz verbessert werden.

Vorklinische Forschung verbessern

Das Register für Tierversuche ist nicht nur für klinische Studien offen, sondern soll auch eine Plattform für die vorklinische Forschung sein. Und letztlich sollen nicht nur Wissenschaftler, sondern auch Patienten von dem neuen Tierversuchsregister profitieren, da das Wissen aus Tierversuchen noch immer die Basis für Medikamententests am Menschen ist. Die frei verfügbaren Informationen aus der Datenbank könnten demnach das Risiko von Komplikationen und Nebenwirkungen bei Medikamenten senken.

bb

Angesichts der stetig wachsenden Weltbevölkerung bei gleichzeitig schwindenden Ressourcen können wir es uns nicht mehr leisten, Lebensmittel einfach wegzuwerfen. Und doch landen einer Studie der Umweltstiftung WWF Deutschland zufolge, hierzulande jährlich zehn Millionen Tonnen Lebensmittel im Müll – oft aus Angst vor verdorbener Ware. Dabei sind viele Nahrungsmittel meist weitaus länger genießbar, als das Mindesthaltbarkeitsdatum vermuten lässt. Um dieser Verschwendung entgegenzuwirken, haben Fraunhofer-Forscher gemeinsam mit Partnern einen Food-Scanner im Hosentaschenformat entwickelt: Er prüft, ob Lebensmittel verdorben sind. Für Anfang 2019 ist bereits eine Testphase in Supermärkten geplant, um zu erfahren, wie Verbraucher das Gerät annehmen.

17 Maßnahmen gegen die Lebensmittelverschwendung

Allein in Bayern landen rund 1,3 Millionen Tonnen Nahrungsmittel jährlich im Abfall. Dieser Verschwendung will das Bayerische Staatsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten mit insgesamt 17 Maßnahmen entgegenwirken. Dazu gehört auch der Food-Scanner. An der Entwicklung beteiligt sind das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, die Technische Hochschule Deggendorf sowie die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf.  

Infrarotlicht misst Zusammensetzung

Der Food-Scanner liegt derzeit als Demonstrator mit Daten für zwei Lebensmittel vor und kann auch deren Haltbarkeit abschätzen. Mithilfe eines Nahinfrarot (NIR)-Sensors kann das Gerät den Frischegrad von Lebensmitteln feststellen, aber auch welche und wie viele Inhaltsstoffe das jeweilige Produkt enthält. Dabei ist es egal, ob die Ware verpackt ist oder nicht. „Infrarotlicht wird punktgenau auf das zu untersuchende Produkt geschickt, anschließend misst man das Spektrum des reflektierten Lichts. Die absorbierten Wellenlängen lassen Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung der Ware zu“, erklärt Robin Gruna, Projektleiter und Wissenschaftler am Fraunhofer IOSB. Ein weiterer Vorteil des Scanners: Damit lassen sich auch gefälschte oder gepanschte Nahrungsmittel erkennen, beispielsweise, wenn Lachsforellen als Lachs verkauft werden oder Olivenöl gepanscht ist. Doch der Infrarotscanner hat Grenzen: Den Herstellern zufolge erkennt er ausschließlich homogene Lebensmittel. Heterogene Produkte, also solche mit vielen verschiedenen Zutaten, lassen sich mit dieser Methode nicht überprüfen.

Intelligente Algorithmen erkennen Frischegrad

Zusätzlich haben die Wissenschaftler intelligente Algorithmen entwickelt, die erkennen, was die Infrarotsensoren gemessen haben. Am Beispiel von Tomaten und Hackfleisch hat das Team um Gruna die Algorithmen „trainiert“. So wurden die Infrarotspektren von Hackfleisch mithilfe statistischer Verfahren mit dem mikrobiellen Verderb korreliert und die weitere Haltbarkeit des Fleisches davon abgeleitet. Der Scanner sendet die gemessenen Daten dann zur Analyse per Bluetooth an eine eigens entwickelte Cloud-basierte Datenbank, in der die Auswerteverfahren hinterlegt sind. Die Messergebnisse werden anschließend an eine App übertragen, die dem Verbraucher die Ergebnisse anzeigt und darstellt, wie lange das Lebensmittel bei den jeweiligen Lagerbedingungen noch haltbar ist oder ob es zu lange gelagert wurde. Zusätzlich bietet die App auch Informationen darüber, wie die Lebensmittel alternativ verwendet werden können, sollte die Lagerdauer tatsächlich bereits abgelaufen sein.

Das Ziel der Entwickler ist ein breiter Einsatz entlang der Wertschöpfungskette zur Reduzierung etwaiger Verluste. Und auch ein Einsatz abseits der Lebensmittelindustrie ist denkbar. Beispielsweise könnte das System genutzt werden, um damit Kunststoffe, Holz, Textilien oder Mineralien voneinander zu unterscheiden und zu klassifizieren. „Der Einsatzbereich des Gerätes ist vielseitig, es muss nur entsprechend trainiert werden“, so Gruna.

jmr

In light of the growing world population and dwindling resources, we can no longer afford to simply throw away food. And yet, according to a study by the environmental foundation WWF Germany, ten million tons of food end up in Germany's garbage every year - often for fear of spoiled goods. However, many foods are edible for much longer than the best-before date suggests. To limit this wasteful behaviour, Fraunhofer researchers have developed a pocket-sized food scanner that detects whether food is spoiled. A test phase in supermarkets is planned for early 2019: This will also include the question whether and how consumers will accept the device.

17 measures to combat food waste

Of the 10 million tons of wasted food in Germany, about 1.3 million tons are thrown out every year just in Bavaria. Therefore, the Bavarian State Ministry of Food, Agriculture and Forestry aims to counteract this waste with a total of 17 measures. These include the food scanner, which was developed by researchers at the Fraunhofer Institute for Optronics, Systems Engineering and Image Evaluation IOSB, the Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV, the Deggendorf Institute of Technology and the Weihenstephan-Triesdorf University of Applied Sciences.

Infrared light measures composition

This scanner uses a near infrared (NIR) sensor to determine the freshness of food - whether it's packaged or not - as well as which and how many ingredients each product contains. "Infrared light is beamed with high precision at the product to be investigated and then the scanner measures the spectrum of the reflected light. The absorbed wavelengths allow us to make inferences about the chemical compossition of the product," explains Robin Gruna, project manager and scientist at Fraunhofer IOSB. A further advantage is that the scanner can also be used to detect counterfeit foods, for example when rainbow trout is sold as salmon or olive oil is mixed with other oils. But the infrared scanner has its limits: according to the manufacturers, only homogeneous food can be detected. Heterogeneous products, i.e. products with many different ingredients, cannot be analysed with this method.

Intelligent algorithms detect degree of freshness

In addition, the scientists have developed intelligent algorithms that recognize what the infrared sensors have measured. Using tomatoes and minced meat as examples, Gruna's team "trained" the algorithms. Using statistical methods, the infrared spectra of ground beef were correlated with microbial development and the further shelf life of the meat was extrapolated. The scanner then sends the measured data for analysis via Bluetooth to a specially developed cloud-based database in which the evaluation procedures are stored. The measurement results are then transferred to an app, which displays the results to the consumer and shows how long the food can still be stored under the respective storage conditions or whether it has already been spoiled. In addition, the app also provides information on how the food can be used alternatively, if indeed it has been stored for too long.

The developers aim for a broad deployment of the scanner and app along the value chain to reduce possible losses and food waste. Moreover, their set-up might also be useful outside the food industry. For example, the system could be used to distinguish and classify plastics, wood, textiles and minerals. "The range of potential applications is very wide; the device just needs to be trained accordingly," says Gruna.

jmr

Nicht nur Nutzpflanzen auf dem Land sind anfällig für Krankheiten. Auch Meeresalgen sind davor nicht gefeit. Bakterielle Krankheitserreger und parasitische Mikroalgen gefährden immer häufiger den kommerziellen Algenanbau. Verschiedene Aufwuchsorganismen wie Seepocken oder epiphytische Algen siedeln sich an den Oberflächen der Seetange an und mindern so Wachstum und Marktwert der Algen. Ein deutsch-chinesisches Forscherteam hat nun einen biologischen Pflanzenschutz für Meeresalgen entwickelt, der die Algenkolonien vor bestimmten Krankheitserregern schützen soll. Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert und vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel koordiniert. An dem Projekt waren auch Unternehmen aus der Algenzucht beteiligt.

Braunalgen vor Krankheiten schützen

Der intensive Anbau von Braunalgen der Art Saccharina japonica vor allem in großen Monokulturen musste durch Krankheiten und Schädlingsbefall immer wieder enorme Verluste hinnehmen. Auch China, der größte Produzent von Lebensmittelalgen, war davon betroffen. GEOMAR-Wissenschaftler haben daher mit Kollegen der Ocean University of China in Qingdao untersucht, ob die gezielte Aktivierung der natürlichen Eigenabwehr von Seetang Krankheiten und Schädlingsbefall verhindern kann. Die Feldversuche fanden jeweils in kommerziell betriebenen Algenfarmen von Projektpartnern in Kiel und im chinesischen Rongcheng statt.

Immunabwehr der Algen gezielt stimulieren

Das Team konzentrierte sich dabei auf die gezielte Stimulation der Immunabwehr der Algen. Diese wurden dafür in Intervallen mit Seewasser behandelt, das ein spezielles und künstlich erzeugtes Saccharid erhielt. Dieses sogenannte Oligoalginat ist nicht giftig und wird bei Befall mit Krankheitserregern von dem betroffenen Algengewebe selbst freigesetzt und von benachbarten gesunden Algenzellen erkannt. Bei diesen wird dadurch innerhalb weniger Minuten eine Abwehrreaktion ausgelöst.

Im Rahmen der Studie konnte das Team diese Immunabwehr gezielt stimulieren. Sie simulierten den Angriff der Krankheitserreger erfolgreich und erzielten dadurch positive Effekte, wie das Forscherteam in der Fachzeitschrift „Journal of Applied Phycology“ berichtet. Im Ergebnis war nicht nur der Verlust von Algenkeimlingen geringer. Auch der Befall erntereifer Saccharina-Algen mit parasitischen Mikroalgen ging deutlich zurück. Zudem reduzierte sich die Dichte der Bakterien auf der Algenoberfläche. Aber es gab auch einen unerwünschten Nebeneffekt: der Befall der Algen mit Seepocken und anderen Aufwuchsorganismen beispielsweise nahm zu. Die Wissenschaftler vermuten, dass die starke Reduktion des Bakterienbewuchses auf der Algenoberfläche die Ursache dafür ist. 

Projektleiter Florian Weinberger vom GEOMAR ist dennoch überzeugt, dass die Methode grundsätzlich geeignet ist, um Meeresalgen vor Krankeitserregern zu schützen. „Wenn es uns eines Tages gelingt, Signalstoffe zu finden, die selektivere Abwehrreaktionen in den Algen auslösen, so dass nicht alle, sondern nur die unerwünschten Mikroorganismen eliminiert werden, kann die Methode noch deutlich hilfreicher sein. Aber schon heute lässt sie es zu, Verluste von Keimlingen zu reduzieren. Bei diesen spielt Aufwuchs nämlich noch keine Rolle.“ 

bb

Der Einsatz von Antibiotika in der Tiermedizin ist seit langem umstritten. Doch noch immer werden Rinder und Schweine damit versorgt. Knapp 733 Tonnen Antibiotika wurden nach Angaben des Bundesamtes für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit bundesweit 2017 an Nutztiere verabreicht. Ein Großteil davon gelangt über den Kot der Tiere mit der Gülle zur Vergärung in die Biogasanlagen und anschließend als Dünger wieder auf den Acker. Forscher der Universität Gießen haben daher untersucht, inwiefern der Prozess in Biogasanlagen den Eintrag von Antibiotikarückständen in die Umwelt reduzieren kann. Das Projekt wurde von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert.

In Regionen mit intensiver Landwirtschaft gibt es besonders viele Biogasanlagen. Auch werden hier besonders häufig Antibiotika von Tierärzten verordnet. „Es gibt verschiedene Studien, die einen Rückgang der Arzneimittel-Konzentration durch das Vergären von Gülle in den Biogasanlagen beschreiben.“ Doch die Vorgänge seien bisher weitestgehend unbekannt geblieben, sagt Projektleiterin Astrid Spielmeyer vom Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie der Universität Gießen. Zudem lieferten frühere Studien, die den Rückgang von Antibiotika in Güllebehandlungsverfahren untersuchten, unterschiedliche Ergebnisse.

Antibiotikareste nach Gärprozess

Das Team um Spielmeyer hat daher den Prozess in Biogasanlagen genauer untersucht. Im Fokus stand die Verarbeitung zweier Antibiotika, die besonders häufig verabreicht werden: Sulfonamide und Tetrazykline. Für beide Antibiotika-Gruppen sind bereits resistente Keime nachgewiesen worden. Das Ergebnis: Biogasanlagen können viele Antibiotika nicht beseitigen, sodass sie über den Dünger wieder in den Boden gelangen. Unterschiedliche Temperaturen, Säure- und Salzgehalte hatten demnach kaum Einfluss auf die Wirkstoffe. Gleichfalls stellten die Forscher aber fest, dass bei Zugabe eines Feststoffes wie Maissilage die Antibiotika-Konzentration in der Biogasanlage geringer wurde.

Wirkstoffe können sich im Boden erneut freisetzen

„Ein derartiger Rückgang, wie er auch in vorherigen Studien festgestellt wurde, heißt nicht unbedingt, dass die chemischen Strukturen zerstört und unwirksam werden“, erklärt Spielmeyer. Der Forscherin zufolge würden sich auch dann noch Antibiotikareste in Gülle und Gärresten befinden, wenn sie einzeln kaum noch nachweisbar sind. Das ist beispielsweise der Fall, wenn sich Bestandteile der Gülle mit den Wirkstoffen verbinden. „Wenn Wirkstoffe gebunden werden, können sie sich später auch wieder lösen, sodass es zu einem erneuten Freisetzen der Antibiotika in der Gülle oder auch im Boden kommen kann“, so Spielmeyer.

Antibiotikaabgabe an Tiere reduzieren

Im Rahmen des Projektes konnten die Gießener beweisen, dass sich trotz der Vergärung der Gülle in Biogasanlagen Antibiotikastoffe im Boden wieder freisetzen können. Den Forschern zufolge werden die Wirkstoffe langsam und stetig freigesetzt. DBU-Generalsekretär Alexander Bonde kommt daher zu dem Schluss: „Antibiotika müssen schon bei der Vergabe im Stall verringert werden, um Mensch, Tier und Umwelt zu schützen.“ 

bb

Immer wieder kommt es auf den Weltmeeren und sogar Binnengewässern zu Ölhavarien. Diese enorme Umweltverschmutzung kann ganze Ökosysteme und die darin befindlichen Lebewesen zerstören, angefangen von Mikroorganismen bis hin zu Seevögeln. Bisherige Ansätze, die Öllachen einzudämmen oder aufzusaugen, sind nicht sehr effizient. Am erfolgversprechendsten sind derzeit chemische Mittel, die das Öl binden und anschließend absinken lassen. Dadurch ist die Verschmutzung jedoch nur aus dem Sichtfeld, nicht aber aus dem Ökosystem verschwunden. Forschende der Technischen Universität Dresden haben nun in Kooperation mit den Universitäten Rostock und Leipzig sowie Industriepartnern ein Ölhavariebekämpfungssystem entwickelt, das eine schnelle Ölbeseitigung auch bei ungünstigen Wetterbedingungen und in Flachwassergebieten ermöglicht. Sie verwenden dazu wenige Zentimeter große schwimmfähige, holzfaserbasierte Ölbinder.

Ölabbauende Mikroorganismen ermöglichen hohe Saugeffizienz

Wissenschaftler am Lehrstuhl für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik der TU Dresden haben im Rahmen des Verbundprojektes „BioBind“ und eines Folgeprojektes die Ölbinder entwickelt. Die Holzplättchen sind 5 mal 5 Zentimeter groß, 4 Millimeter dick und bestehen aus Holzfasern, die sehr hohe Reinigungsraten bei kleinen und mittleren Verschmutzungen aufweisen. Sie können per Flugzeug oder Schiff ausgebracht und mit Netzsperren oder im Brandungsbereich der Küste wieder aufgenommen werden. Das Besondere: Beim Abwurf aus dem Flugzeug werden die Plättchen mit ölabbauenden Mikroorganismen besprüht. Das ermöglicht eine schnelle und nahezu vollständige Ölaufnahme von bis zu 92%. Ein weiterer Vorteil: Die Kosten für die holzbasierten Ölbinder sind zwar vergleichbar mit den für bestehende Produkte, aufgrund ihrer besseren Ölaufnahmekapazität sind die biobasierten Plättchen aber wesentlich effizienter.

Die patentierten Ölbinder und das neue BioBind-Havariesystem durchliefen bereits mehrere Seeerprobungen auf der Ostsee. Besonders geeignet sind die Holzplättchen demnach bei Ölunfällen im Bereich von 5 bis 50 Tonnen. Bei größeren Havarien könnten sie als Ergänzung zu bestehenden Bekämpfungssystemen eingesetzt werden.

Ausgezeichneter Ansatz – international nachgefragt

Im Anschluss an das Verbundprojekt wurde die Herstellung der Ölbinder und deren Ausrüstung bis zur Industriereife entwickelt. Die Dresdner Holztechnikexperten haben zudem bereits Forschungs- und Industriekooperationen mit dem Iran aufgebaut. Denn auch im Persischen Golf, einem der bedeutendsten Ölfördergebiete der Erde, soll die BioBind-Technologie zum Einsatz kommen. Um die Ökobilanz der Saugplättchen zu optimieren und die lokale Industrie zu unterstützen, sollen sie vor Ort auf Basis lokaler landwirtschaftlicher Reststoffe regional produziert und eingesetzt werden.

Für ihre Forschungsarbeit zum Thema „Einsatz holzfaserbasierter Ölbinder zur Ölhavariebekämpfung auf dem Meer“ haben die Dresdner Wissenschaftler vor kurzem den Wilhelm-Klauditz-Preis für Holzforschung und Umweltschutz 2018 erhalten.

jmr

Time and again, oil spills happen on the world's oceans and even rivers. Oil spills are an extreme environmental pollution that can destroy entire ecosystems and the living organisms within them, from microorganisms to sea birds. Previous approaches to contain or absorb oil spills have not been very efficient. Until now, the most promising ones are chemical agents that bind the oil and then sink it to the ground. However, in that case, the pollution has only disappeared from our view, not from the ecosystem. Therefore, researchers from the Technical University of Dresden, in cooperation with the Universities of Rostock and Leipzig and industry partners, have now developed an oil disaster control system that enables rapid oil removal even under adverse weather conditions and in shallow waters. To that end they use floating wood chips that are just a few centimetres in size but are able to soak up and bind the oil.

Microorganisms help to soak up the oil

Scientists at the Wood and Fibre Material Technology Institute at TU Dresden have developed the oil binding wood chips as part of  the joint project "BioBind" and a follow-up project. The wood chips are 5 x 5 centimetres in size, 4 millimetres thick and consist of wood fibres, which have very high cleaning rates for small and medium-sized contaminations. They can be dispersed by airplane or ship and collected with nets. Of note: When they are dropped from the aircraft, the plates are sprayed with oil-degrading microorganisms. This enables a fast and almost complete oil absorption of up to 92%. A further advantage is that the costs for the wood-based chips are comparable to those for existing products, but due to their superior oil absorption rate, the bio-based chips are much more efficient.

The patented chips and the new BioBind emergency system have already undergone several trials on the Baltic Sea. The wooden plates are particularly suitable for oil spills in the range of 5 to 50 tons. In the event of larger spills, they could be used to supplement existing clean-up systems.

Award-winning approach is in high demand

Following the joint project, the production of the oil binding chip and its components was developed until industry-ready. The materials scientists in Dresden have also already established research and industry cooperations with Iran: The BioBind technology will also be used in the Persian Gulf, one of the world's most important oil production regions. In order to optimize the carbon footprint of the wood chips and to support local industry, they will be produced and used locally and be based on local agricultural residues.

Futhermore, the inventors recently received the Wilhelm Klauditz Prize for Wood Research and Environmental Protection 2018 for their work on the topic of "Using wood fibre-based oil binders to combat oil spills at sea."

jmr

Demnach ist fermentierbarer Zucker der ersten Generation für eine nachhaltige Rohstoffstrategie der europäischen chemischen Industrie ebenso vorteilhaft wie Zucker der zweiten Generation. 

Um die Nachhaltigkeit von fermentierbarem Zucker der ersten und zweiten Generation zu bewerten, wurden zwölf Hauptkriterien ausgewählt. Die Auswahl der Kriterien beruhte auf den aktuellsten Normen und Zertifizierungssystemen für biobasierte Kraft- und Werkstoffe. Zudem wurde eine breite Palette an ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Aspekten betrachtet. Wegen des anhaltenden Vorwurfs, die Nutzung von Rohstoffen der ersten Generation gefährde die Ernährungssicherheit, wurde auf dieses Kriterium besonderes Augenmerk gelegt.

Beauftragt wurde die Studie von der Südzucker AG. Sie ist unter www.bio-based.eu/ecology kostenlos verfügbar.

According to the study, first-generation fermentable sugar is just as advantageous for a sustainable raw materials strategy of the European chemical industry as second-generation sugar.

In order to assess the sustainability of first and second generation fermentable sugar, twelve main criteria were selected. The selection of the criteria was based on the latest standards and certification systems for bio-based fuels and materials. A wide range of environmental, social and economic aspects were also considered. This criterion was given special attention because of the persistent accusation that the use of first-generation raw materials endangers food supply security.

The study was commissioned by Südzucker AG. It is available free of charge at www.bio-based.eu/ecology.

Bei den Worten „Open Source Lizenz“ denken die meisten vermutlich zuerst an Computerprogramme, die gemeinschaftlich von mehreren Programmierern erstellt und bearbeitet werden können. Dieses Prinzip der offenen, gemeinsamen Weiterentwicklung wollen Pflanzenzüchter der Universität Göttingen nun zusammen mit dem Verein Agrecol auch auf Nutzpflanzen übertragen und eine „Open Source Saatgut Lizenz“ entwickeln. Dadurch soll das Saatgut vor der Patentierung durch große Unternehmen geschützt und als Gemeingut rechtlich abgesichert werden. Ihren Lizenz-Vorstoß stellen die Projektpartner im Fachjournal „PLOS Biology“ vor.

Saatgut soll Gemeingut werden

„Wir beobachten mit großer Sorge, dass weltweit der Zugang zu Zuchtmaterial durch privatwirtschaftliche Interessen zunehmend eingeschränkt wird. Unter anderem verhindern Patente, dass wichtige Eigenschaften züchterisch stärker genutzt werden“, erläutert Bernd Horneburg aus der Abteilung Pflanzenzüchtung der Universität Göttingen den Hintergrund der Initiative. Um der wachsenden Privatisierung im Saatgutsektor etwas entgegenstellen zu können, haben sich Horneburg zufolge in den letzten Jahren immer mehr Menschen der Bewegung für Saatgut als Gemeingut angeschlossen. Vor allem in Deutschland, den USA, Indien und Ost-Afrika gebe es derartige Strömungen. Im Göttinger Freiland-Tomatenprojekt werden schon heute durch einen freien Austausch von Zuchtmaterial und Wissen neue, optimal angepasste Sorten entwickelt.

Keine Exklusivrechte für Saatgut

Mit „OpenSourceSeeds“ wollen Agrecol, ein Verein zur Förderung der standortgerechten Landnutzung in Afrika, Asien, Lateinamerika und Osteuropa, nun zusammen mit der Universität Göttingen und der Initiative „Culinaris – Saatgut für Lebensmittel“ neue Nutzpflanzensorten mit der sogenannten Open-Source Saatgut Lizenz als Gemeingut schützen. Dadurch könnte jeder kostenlos das jeweilige Saatgut nutzen, weitergeben und weiterentwickeln. Die einzige Bedingung: Das Saatgut und seine Folgeentwicklungen dürfen nicht mit Patenten oder anderen Exklusivrechten belegt werden, damit der Open-Source-Charakter, also der breite, öffentliche Zugang zur Saatgutquelle, erhalten bleibt.

„Es gibt eine große Nachfrage durch Verbraucherinnen und Verbraucher“, sagt Agrecol-Projektleiter Johannes Kotschi. Immer mehr Händler bieten demnach lizenzierte Tomatensorten an. Bereits 2017 wurde die Cocktail-Tomate „Sunviva“ als erste Tomatensorte mit einer Open-Source-Lizenz ausgestattet. Mittlerweile sind weitere Sorten von Tomaten aber auch Mais und Weizen lizenziert worden – Tendenz steigend.

jmr

Der Übergang von einer auf fossilen Ressourcen basierenden Wirtschaftsweise hin zu einem nachhaltigen, biobasierten Wirtschaften muss vermessen und beobachtet werden, um diesen Prozess bewerten und angemessen steuern zu können. Ein möglichst kontinuierliches Monitoring soll eine Daten- und Wissensbasis schaffen, mit der sich Fortschritte, aber auch Fehlentwicklungen und Risiken sichtbar machen lassen. Stefan Bringezu ist Professor für Nachhaltiges Ressourcenmanagement an der Universität Kassel und koordiniert das Projektkonsortium SYMOBIO, das derzeit ein Monitoring der gesamten Bioökonomie in Deutschland aufbaut.

Ob Erdbeben, Epidemien oder Kriege – Berichte über humanitäre Katastrophen erreichen uns mittlerweile fast täglich und mit ihnen auch die Bilder von überfüllten Notunterkünften und aufgereihten Feldbetten. Hierfür werden bisher vor allem Klapp-Feldbetten mit Aluminiumgestellen eingesetzt. Nach einem Einsatz werden die Feldbetten häufig in den Camps zurückgelassen – jährlich müssen Tausende Feldbetten verschrottet werden. Somit fallen riesige Mengen an Metall und Textilmaterial an, Werkstoffe, die oft schwierig zu entsorgen sind. In Krisenfällen wie der Ebola-Epidemie in Westafrika vor wenigen Jahren können die Betten sogar ein erhebliches Infektionsrisiko darstellen.

Mit Einweg-Feldbetten aus nachwachsenden Rohstoffen will der Diplom-Ingenieur Sven Grasselt-Gille von der Technischen Universität Dresden deshalb Abhilfe schaffen. Gille arbeitet an der Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik als Produktgestalter mit biologischen Faserverbundwerkstoffen. Als eine lokale Tischlerei mit dem Wunsch nach einem innovativen Produkt auf ihn zukam, entstand die Idee zum Einweg-Feldbett. Das Vorhaben wird im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Neue Produkte für die Bioökonomie“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt. Seit August 2018 befindet es sich in der sogenannten Machbarkeitsphase – diese wird für zwei Jahre mit rund 250.000 Euro gefördert.

Unkomplizierte Antragsstellung im Ideenwettbewerb

Erfahren hatte Gille von dem BMBF-Ideenwettbewerb eher zufällig: „Im Pausenraum lag ein Flyer mit dem Hinweis auf die Ausschreibung und der Ankündigung eines Workshops zur Antragstellung von der Gründerförderung Dresden exist, an dem ich dann teilgenommen habe.“ Begeistert vom zweistufigen Aufbau der Fördermaßnahme und der unkomplizierten Antragsstellung reichte er eine Projektskizze ein. Dass sein Projekt die Förderung erhielt, führt Gille neben der innovativen Idee auch auf die akute Lage zurück: „Zum Zeitpunkt der Antragstellung war die humanitäre Notlage der vielen Geflüchteten bei uns vor der Tür angekommen. In den Medien waren ständig Notunterkünfte und Feldbetten zu sehen – unser Projekt bot hier einen greifbaren Lösungsansatz.“

Wellpappe überzeugt als Material

Die Sondierungsphase nutzte Gille zunächst zur Kontaktaufnahme mit Anwendern vor Ort, die durchweg positives Feedback gaben. Ursprünglich wollte er die Betten aus Holz bauen, doch schnell wurde klar: „Für diese sehr spezielle Anwendung ist das Material Holz leider zu schwer und zu teuer“, so Gille. Unterstützt durch Know-how der Arbeitsgruppe für Papiertechnik der Professur entschied er sich deshalb, die Einweg-Feldbetten komplett aus Wellpappe herzustellen: „Wellpappe ist sehr leicht und gleichzeitig sehr steif, außerdem ist sie nachhaltig und gut recyclebar. Für mich als Gestalter hat Wellpappe zudem den Vorteil, dass ich sie falten kann.“ Dadurch könne die Konstruktion am Ende noch steifer und belastbarer werden als der ursprünglich geplante Holz-Steckbausatz.

Zeitnah auf den Markt

Für die Dresdner Einweg-Feldbetten gibt es bereits mehrere Vorentwürfe und erste Modelle, aber vieles muss noch erforscht und erprobt werden: „Die Nassfestigkeit der Wellpappe muss noch geklärt werden“, so Gille. Das Ziel sei es, das Bett mindestens zu 95% aus Wellpappe herzustellen. Denn dann zählt es noch zum Altpapier und kann als solches entsorgt werden. Auch die Bespannung der Liegefläche soll aus Papierwerkstoff entstehen und einer Hängematte ähneln. Offen sei auch noch, wie die Füße der Einweg-Feldbetten nassfest gemacht werden können. „Es wird auf jeden Fall biobasiert sein“, sagt der Gestalter. Bei einigen Modellen arbeiten die Forscher bereits mit abnehmbaren Wood-Plastic-Composite (WPC)-Kappen. Aber auch biobasierte Beschichtungen seien denkbar. Da keine neuen Fertigungsprozesse entwickelt werden müssen, ist Gille optimistisch, dass seine Einweg-Feldbetten zeitnah nach Ende der Förderung auf den Markt kommen könnten. Das erste Modell im 1:1-Maßstab soll noch im Januar 2019 fertig werden. Zur Unterstützung der Umsetzungpläne beschäftigt Gille zudem inzwischen zwei Kolleginnen, die sich vorrangig um den Nässeschutz der Füße und die Liegefläche kümmern.

Auch über eine Ausgründung hat Gille bereits zusammen mit dem Großunternehmen THIMM Packaging Systems GmbH nachgedacht. Die Beteiligung des Spezialisten für Schwerlastverpackung wird dabei aufgrund seiner speziellen Verarbeitungsmaschinen unerlässlich sein.

Autorin: Judith Reichel

Bevölkerungswachstum und Klimawandel stellen die Landwirtschaft schon heute vor große Herausforderungen. Die Sicherung der Ernährung, die Produktion gesunder und sicherer Lebensmittel sowie die Gestaltung einer nachhaltigen Agrarwirtschaft und die Nutzung nachwachsender Rohstoffe sind daher wichtige Eckpfeiler der Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030 der Bundesregierung. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) engagieren sich zudem gemeinsam in der europäischen Joint-Programming-Initiative „Agriculture, Food Security and Climate Change (FACCE-JPI)“. Ein Handlungsschwerpunkt der 2015 veröffentlichten strategischen Forschungsagenda ist, das Wachstum und die Intensivierung der Landwirtschaft auf umweltfreundliche und nachhaltige Weise zu gestalten.

Im Rahmen des europäischen Forschungsrahmenprogramms Horizon 2020 wurde daher die ERA-NET-Initiative Cofund FACCE SURPLUS – Sustainable and Resilient Agriculture for Food and Non-Food Systems ins Leben gerufen. Im Januar ist nun die dritte Ausschreibungsrunde gestartet. Gefördert werden interdisziplinäre, innovative und multinationale Verbundprojekte, die auf eine nachhaltige Intensivierung der ernährungs- und nicht-ernährungsbezogenen Biomasseproduktion und -transformation zielen. Dadurch soll die Zusammenarbeit innerhalb der EU auf diesem Feld verbessert werden.

Nachhaltige Intensivierung der Biomasseproduktion

Die Vorhaben werden im Rahmen eines Wettbewerbs ausgewählt. Sie sollen die nationalen Aktivitäten des BMBF zur ernährungs- und nicht-ernährungsbezogenen Biomasseproduktion und deren Umwandlung flankieren. Folgende Themen kommen in der aktuellen Ausschreibung für eine Förderung infrage:

• Entwicklung von Märkten für ein breites Spektrum von Produkten und Dienstleistungen aus integrierten Nahrungsmittel- und Nichtnahrungsmittelsystemen, z. B. unter Berücksichtigung neuer biotechnologischer Techniken und industrieller Prozesse, Bedürfnisse und Möglichkeiten kleiner und mittlerer Unternehmen. 
• Resiliente landwirtschaftliche Systeme, die trotz zunehmender Belastung durch den Klimawandel, neu auftretende Schädlinge und Krankheiten sowie andere Umweltprobleme bei Erhaltung von Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen die Möglichkeit zu Wachstum und Intensivierung der Landwirtschaft bieten. 
• Indikatoren für umweltbezogene Nachhaltigkeit zur Bewertung anderer Trade-offs für die Umwelt- und Produktionsziele verschiedener, spezifischer landwirtschaftlicher Systeme.
• Regionale Fokussierung der Landnutzung zur Steigerung der Produktion und Umwandlung von Biomasse mit dem Ziel, den Ausbau von Systemen zu fördern, die mittels neuer Transformationstechniken eine effiziente Kaskadennutzung von Biomasse ermöglichen.
• Nachhaltige Intensivierung integrierter landwirtschaftlicher Nahrungsmittel- und Nichtnahrungsmittelsysteme durch die Entwicklung integrierter, systembasierter Ansätze für das Landmanagement.

Das Artensterben nimmt weltweit zu. Vor allem der Rückgang der Insekten ist dramatisch – auch in Deutschland. Lebensraumzerstörung, Umweltgifte und Klimawandel sind die Ursachen für die verheerende globale Entwicklung. Gleichzeitig gibt es noch Millionen von unbekannten Arten, die auf ihre Entdeckung warten. Hier setzt die Arbeit des im Juni 2018 gegründeten Zentrums für Integrative Biodiversitätsentdeckung am Museum für Naturkunde in Berlin an. Ein Team um den kommissarischen Leiter des Zentrums, Michael Ohl, konzentriert sich dabei auf die Erkundung und Erforschung der Tierarten auf der Erde. Der Biologe will die „Spieler im komplexen Gefüge der Natur" mithilfe moderner Technologien aufspüren und erforschen. Sein Anliegen: die weltweite Biodiversität besser verstehen und Antworten auf drängende Fragen wie das Artensterben liefern. Im Fokus stehen auch Insekten, die als Bestäuber für den Fortbestand der Ökosysteme von besonderer Bedeutung sind. 

Species extinction is increasing worldwide. Above all, the decline of insects is dramatic - not least in Germany. Habitat destruction, environmental toxins and climate change are the causes of this devastating global development. At the same time, there are still millions of unknown species waiting to be discovered. This is where the work of the Center for Integrative Biodiversity Discovery at the Museum für Naturkunde in Berlin, founded in June 2018, comes into play. A team led by Michael Ohl, acting head of the Center, will focus on the exploration and study of animal species on Earth. The biologist wants to track down and investigate the "players in the complex structure of nature" with the help of modern technologies. His aim is to better understand global biodiversity and provide answers to pressing questions such as the extinction of species. The focus is also on insects, which are particularly important as pollinators for the survival of entire ecosystems.

Gerste ist in vielen Regionen der Welt ein wichtiges Futter- oder sogar Grundnahrungsmittel. Außerdem könnte sie die erste Feldfrucht sein, die von der Menschheit kultiviert wurde. Erst im vergangenen Jahr haben deutsche Pflanzenforscher gezeigt, dass die Züchtung der Gerste wohl in einer einzigen Region im sogenannten fruchtbaren Halbmond ihren Ursprung hat, einer Region im Nahen Osten, die sich von Israel über Jordanien, Syrien, die Türkei, Irak bis nach Iran erstreckt. Strittig war bisher, ob auch die in Tibet verbreitete Qingke-Gerste aus dem Nahen Osten stammt oder einen eigenen Ursprung besitzt.

177 Gerstenpopulationen genetisch analysiert

Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben hat diese Frage im Fachjournal „Nature Communications“ nun beantwortet. Dazu analysierten die Wissenschaftler das Erbgut von 177 regionalen Gerstenpopulationen, darunter kultivierte und wilde Gerste aus Tibet, aber auch aus östlichen und westlichen Züchtungen. Anhand der genetischen Unterschiede ließ sich feststellen, wie diese Populationen verwandt und welche die evolutionär älteren sind. Am Ende stand ein eindeutiges Bild: Auch die tibetische Qingke-Gerste stammt ursprünglich aus dem fruchtbaren Halbmond.

Spur von Pakistan über Indien nach Tibet

Eine Abnahme der genetischen Vielfalt von der östlichen domestizierten Gerste zur Qingke-Gerste weist darauf hin, dass die Gerste vor 3.500 bis 4.500 Jahren über Nord-Pakistan, Indien und Nepal nach Süd-Tibet eingeführt worden ist. Damals hat wohl nur eine kleine genetische Gruppe unter den  Umweltbedingungen des tibetischen Hochlands überleben können, aus der schließlich die Qingke-Gerste hervorgegangen ist.

Die damit bewiesene enorme Anpassungsfähigkeit der Qingke-Gerste lässt die IPK-Forscher hoffen, dass sich diese Pflanzen für die europäische Züchtung als wertvolle genetische Quellen für Resistenzen gegen widrige biotische und abiotische Umweltbedingungen nutzen lassen.

bl