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Eisen ist ein lebenswichtiger Nährstoff, den Mensch und Tier auch über pflanzliche Kost aufnehmen. Nutzpflanzen beziehen das Spurenelement wiederum über die Wurzeln aus dem Boden. Doch nicht immer haben Pflanzenwurzeln Zugriff auf das durchaus reichlich gefüllte Nährstofflager in der Nachbarschaft. Der Grund: Umweltbedingungen können die Beschaffenheit des Bodens verändern und Pflanzen den Zugang zum Eisendepot erschweren. Diese Hürde meistern Nutzpflanzen offenbar problemlos: Sie passen die Wurzeleisengewinnung an den aktuellen Bedarf an. Dafür haben Pflanzen Strategien entwickelt, die es ihnen ermöglichen, sich frühzeitig auf umweltbedingte Schwankungen in der Nährstoffversorgung einzustellen.

Kalziumsignale entschlüsselt

Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben diesen Mechanismus anhand der Modellpflanze Ackerschmalwand genauer untersucht. Dabei entdeckte das Team eine neue Schaltzelle, welche die Reaktionen der Pflanze auf Eisenmangel steuert. Im Fokus der Untersuchung stand das Protein FIT, das in der Modellpflanze maßgeblich für die Regelung der Eisenaufnahme verantwortlich ist. „Wir konnten molekularen und zellulären Mechanismen auf die Spur kommen, die FIT mit der Entschlüsselung von Kalziumsignalen verknüpfen. Dies wiederum ist wichtig, wenn die Pflanze die Eisenaufnahme abhängig von äußeren Faktoren steuern muss“, erklären die beiden HHU-Forscherinnen Tzvetina Brumbarova und Petra Bauer. Bisher war unklar, inwiefern Eisen mit Kalzium etwas zu tun hat.

Enzym und FIT-Protein steuern Eisenaufnahme nach Bedarf

Wie das Team in der Fachzeitschrift „Developmental Cell“ berichtet, löst der Eisenmangel Kalzium-Signale aus, die ihrerseits den sogenannten FIT-Regulationsmechanismus maßgeblich beeinflussen. Der Studie zufolge kann das mit der Kalziumdetektion zusammenhängende Enzym CIPK11 mit dem FIT-Protein interagieren und dieses auch markieren. Durch die Aktivierung des FIT-Proteins kann die Pflanze demnach die Eisenaufnahme über die Wurzeln und die Speicherung des Nährstoffs in den Samen ganz nach Bedarf steuern.  

„Unsere Entdeckung hat Einfluss auf biologische und auch medizinische Fragestellungen, bei denen es um Nährstoffe, Entwicklungsprozesse und Stressverhalten geht“, erklärt WWU-Forscher Jörg Kudla. Das Team ist überzeugt, dass die Ergebnisse der Studie nicht nur für die Landwirtschaft von Bedeutung sind, sondern auch für die Züchtung neuer ertragreicher Nutzpflanzen, die dem Klimawandel trotzen.

Ob auf Gesteinen und Pflanzen, an Schiffsrümpfen oder auf Zähnen: Biofilme sind allgegenwärtig und werden nicht selten als störend empfunden. Beeindruckend ist jedoch die Kraft dahinter, mit der Zellen und Mikroorganismen auf den verschiedensten Oberflächen haften oder sich in Richtung Nahrungsquelle bewegen: Mit einer Größe von meist nur einigen Nanonewton ist sie so winzig, dass sie schwer messbar ist. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen sowie von der finnischen Aalto University in Espoo haben nun eine Technik entwickelt, mit der diese mechanischen Kräfte präzise gemessen werden können. Im Fachjournal „Nature Protocols“ stellt das Team die neue Methode vor.

Krafteinwirkung auf Pipette direkt messbar

Bei dem neuartigen Messgerät handelt es sich um sogenannte Mikropipetten-Kraftsensoren. Die Mikropipette ist dabei eine hohle Glasnadel mit einem Durchmesser nicht größer als ein menschliches Haar. „Das Arbeitsprinzip der Mikropipetten-Kraftsensor-Technik ist eigentlich ganz einfach“, sagt Matilda Backholm, Wissenschaftlerin im Fachbereich Angewandte Physik der Aalto University. „Durch das Betrachten der Auslenkung einer kalibrierten Mikropipette können die Kräfte, welche auf die Pipette wirken, direkt gemessen werden.“

Beobachtung und Kraftmessung in einem Schritt

Die Messmethode hat gleich mehrere Vorteile: Zum einen kann sie auf eine große Bandbreite biologischer Systeme angewandt werden. Das Spektrum reicht von einer einzelnen Zelle bis zu Millimeter großen Mikroorganismen. Am Beispiel des Fadenwurms Caenorhabditis elegans und der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii haben die Forscher die Vielseitigkeit der Technik bewiesen. Zum anderen wird hier die Auslenkung des Sensors mit einem modernen optischen Mikroskop gemessen, wie Matilda Backholm erklärt. „Dadurch können wir die Form und die Bewegung des Mikroorganismus' genau studieren, während wir zeitgleich die Kräfte messen können.“

Breites Einsatzspektrum für neuartige Kraftmessung

Den Forschern zufolge sind Zelle oder Mikroorganismus während der Kraftmessung am Leben, so dass getestet werden kann, wie sie auf Medikamente, Nährstoffe, Temperatur oder andere Umweltfaktoren reagieren. „Die Kraftauflösung ist wirklich bemerkenswert. Durch unsere neuesten technologischen Weiterentwicklungen ist es uns gelungen, Kräfte von bis zu zehn Pikonewton zu messen. Damit ist die Technik fast genauso gut wie ein Rasterkraftmikroskop“, betont Oliver Bäumchen, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen. Er ist überzeugt, dass diese vielseitige Technologie künftig auch in diversen anderen biologischen Systemen angewendet werden kann.

Es ist ein Schritt hin zu weniger Lebensmittelverschwendung: Das Europäische Institut für Innovation und Technologie mit Fokus auf Ernährung (EIT Food) hatte einen Wettbewerb für Master-Studenten und Doktoranden ausgeschrieben. Ziel war es, ein Produkt zu entwickeln, das auf Bananen, Brot und Kartoffeln basiert, die der Einzelhandel aufgrund abgelaufener Mindesthaltbarkeitsdaten wegwerfen würde. Gewonnen hat ein Team der Universität Hohenheim mit seinen „Banabooms“.

Produktidee für unverkäufliche Bananen, Kartoffeln und Brot

Die teilnehmenden Teams informierten sich zunächst im Handel darüber, in welcher Weise die Lebensmittel anfielen, die es zu verwerten galt. Außerdem trafen sie einen Backwarenhersteller, um seine Arbeitsweise kennenzulernen. Dann ging es daran, eine Produktidee und für diese Idee ein Geschäftsmodell zu entwickeln, einschließlich Verpackung und Vermarktung des Produkts. Partner aus der Industrie standen mit Rat und Tat zur Seite.

It is a step towards reducing food waste: The European Institute for Innovation and Technology with a Focus on Nutrition (EIT Food) has launched a competition for Master and PhD students. The aim was to develop a product based on bananas, bread and potatoes that would be thrown away by retailers due to expired best before dates. The winner was a team from the University of Hohenheim with their "Banabooms".

Product idea for unsaleable bananas, potatoes and bread

The participating teams first obtained information from retailers about how the food to be recycled was produced. They also met a bakery producer to find out how he worked. The next step was to develop a product idea and a business model for the idea, including packaging and marketing of the product. Partners from industry provided advice and support.

Pflanzen brauchen Wasser und Nährstoffe zum Wachsen. Beides gelangt über die Wurzeln aus dem Boden direkt in die Pflanzen. Die Qualität des Wurzelsystems bestimmt daher auch, wie ertragreich Gerste, Mais oder Raps sind. Das im Boden verborgene Wurzelwerk zu verbessern, war für Pflanzenzüchter bisher schwierig. Ein Forschungsteam der Angewandten Genetik am Institut für Biologie der Freien Universität in Berlin scheint diese Hürde genommen zu haben.

Hormonveränderung stärkt Wurzelsystem

Dabei konzentrierten die Forscher sich auf das Hormon Cytokinin, welches das Wurzelwachstum hemmt. Durch eine gezielte genetische Veränderung gelang es dem Team um Thomas Schmülling, den Gehalt dieses Hormons in den Wurzeln von Gerstenpflanzen zu reduzieren. Die Folge: Durch den geringeren Hormongehalt wurde das Wurzelsystem größer und die Gerstenpflanzen weniger anfällig für Wassermangel und damit resistenter gegen Trockenstress. Außerdem stellten die Forscher fest, dass Körner der veränderten Gerstenpflanzen über mehr Nährstoffe verfügten, da die Wurzeln ein größeres Bodenvolumen erschlossen. Vor allem der Gehalt an Zink war um bis zu 44 Prozent gestiegen.

Ernährung sichern und Umwelt schonen

Die Berliner Forscher sind überzeugt, dass ein solch verbessertes Wurzelsystem bei der Gerste oder anderen wichtigen Nutzpflanzen viele klimabedingte Probleme der Zukunft lösen könnte. Durch die verbesserte Wasserversorgung könnten Landwirte Wasser sparen. Eine verstärkte Nährstoffaufnahme könnte zudem dazu beitragen, den Einsatz von Düngern in der Landwirtschaft zu drosseln und damit die Umwelt weniger zu belasten. Den Zinkgehalt in den Getreidekörnern zu erhöhen, würde obendrein das Problem einer entsprechenden Mangelernährung nachhaltig lösen.

Der Einsatz von Düngemitteln ist eine wachsende Herausforderung in der Landwirtschaft, denn er sorgt dafür, dass sich Nitrat im Grundwasser ansammelt. Schon jetzt ist die Nitratbelastung in manchen Gebieten Deutschlands sehr hoch. Das Problem: Zu viel Nitrat ist schlecht für die Umwelt. Stickstoffeinträge in die Oberflächengewässer und Meere wirken eutrophierend. Das bedeutet, dass die eingetragenen Nährstoffe das Pflanzenwachstum anregen. Die Folgen sind Algenblüten und Sauerstoffmangel.

Natürliche Reinigungsprozesse im Fokus

Nun hat sich ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Wissenschaftlern der Universitäten Bayreuth und Leipzig den natürlichen Reinigungsprozessen im Boden gewidmet. Im Fachmagazin „PNAS“ berichten sie von einer neuen Methode, mit der sie die Vorgänge im Boden erstmals genauer messen können. Dabei stellten sie fest, dass Mikroben bei der Selbstreinigung des Bodens eine größere Rolle spielen als gedacht.

Bekannt ist bislang, dass reaktiver Stickstoff aus Düngemitteln teilweise von Pflanzen aufgenommen wird. Der Rest wird vor allem als Nitrat in tiefere Bodenschichten ausgespült und gelangt schließlich ins Grundwasser. „Die Prozesse, die sich in den tiefen Bodenschichten abspielen, werden durch unsere üblichen Messvorrichtungen jedoch kaum erfasst. Deshalb ist es meist schwer festzustellen, wie viel Stickstoff bis ins Grundwasser und die von ihm gespeisten Flüsse transportiert wird“, sagt Tamara Kolbe, Wissenschaftlerin an der schwedischen Universität für Agrarwissenschaften in Uppsala und Erstautorin der Studie.

Mikroorganismen setzen Nitrat in harmlosen Stickstoff um

Mit einer neuen Messmethode konnten die Forscher Daten zur Qualität und zum Alter des Grundwassers aus mehr als 50 Grundwasserbrunnen in Frankreich und den USA erheben. Überraschenderweise stellten sie fest, dass 80% der Brunnen Zeichen eines Abbaus von Nitrat in der Tiefe aufweisen. Dies führen sie auf die Existenz von energiereichen Mineralien und Mikroorganismen zurück, welche bei der Atmung Nitrat in harmloses Stickstoffgas umsetzen. Normalerweise nutzen Mikroben für diese Umwandlungsprozesse die Energie von organischem Kohlenstoff, etwa aus Pflanzenresten. Wie sie nun beobachten konnten, dienen den Mikroorganismen aber offenbar auch energiereiche Mineralien als Quelle, um Nitrat abzubauen.

„Dies ist auch deshalb eine gute Nachricht, weil Trinkwasser häufig aus Grundwasserleitern in großer Tiefe gewonnen wird“, erklärt der Bayreuther Forscher Stefan Peiffer, Mitautor der Studie. Allerdings bedeuten die Erkenntnisse nicht, dass stickstoffhaltiger Dünger bedenkenlos in unbegrenzter Menge auf die Ackerfläche ausgebracht werden darf. So warnt der Leipziger Mitautor Jan Fleckenstein: „Die Verfügbarkeit mineralischer Energiequellen für den mikrobiellen Nitratabbau im Untergrund ist endlich und das Schutzpotenzial des Untergrunds damit begrenzt.“

Bessere Nitratüberwachung im Grundwasser

Nach Aussage der Wissenschaftler kann auch noch dann Nitrat aus dem Grundwasser in Fließgewässer gelangen, wenn die Nitrateinträge im Grundwasser schon stark reduziert oder gestoppt wurden. Denn verschmutztes Wasser kann über längere Zeiträume im Untergrund unterwegs sein, unter Umständen ohne jemals die richtigen Bedingungen für den Nitratabbau anzutreffen, so die Forscher. Dies führt dann zu einer Zeitverzögerung zwischen einem umweltfreundlichen Management in der Landwirtschaft und einem gesunden Ökosystem. „Die Methoden, die wir im Rahmen unserer Studie entwickelt haben, lassen uns die Erholungszeiträume für kontaminierte Grundwasserleiter besser abschätzen. Dieses Wissen könnte Verantwortliche in der Umweltpolitik auch vor unrealistischen Erwartungen bewahren“, ergänzt Tamara Kolbe.

ih/sw

Das Gentechnik-Urteil des Europäischen Gerichtshofes (EuGH) war ein Paukenschlag: Im Juli vergangenen Jahres entschieden die obersten Richter, dass Organismen, die durch den Einsatz gezielter Mutagenese-Verfahren wie CRISPR-Cas gewonnen wurden, mit gentechnisch veränderten Organismen (GVO) gleichzusetzen sind, und damit unter die geltende GVO-Richtlinie fallen. Viele Umweltorganisationen haben das Urteil begrüßt, da sie der Nutzung von Gentechnik grundsätzlich kritisch gegenüberstehen und auch die neuen Technologien aus dieser Perspektive betrachten. Erst im Januar haben sich führende Nicht-Regierungsorganisationen zum „Aktionsforum Bioökonomie" zusammengeschlossen und in einer gemeinsamen Erklärung eine ökologische und sozial gerechte Bioökonomie gefordert (zur Stellungnahme als PDF). Sie kritisieren auch, dass es bislang unter dem Dach der Bioökonomie einen zu starken Fokus auf die Förderung von Gentechnik- und Biotechnologie-Verfahren gebe.

Kritik an strenger Auslegung durch das EuGH

In Wissenschaft und Wirtschaft überwiegt indes die Meinung, dass die neuen Technologien ein großes Potenzial für den Aufbau einer nachhaltigen Bioökonomie mit sich bringen. Sie sehen die strenge Einstufung der Genome-Editing-Verfahren durch das EuGH-Urteil zunehmend kritisch und sprechen sich für die Überarbeitung der GVO-Richtlinie aus. Neben wissenschaftlichen Beratern der EU forderte unlängst auch der Bioökonomierat von der Politik, das bestehende Gentechnikrecht zu modernisieren.

Doch welche Bedeutung hat die EuGH-Entscheidung aktuell für den Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort Deutschland? Sind neue Züchtungsmethoden für die Landwirtschaft überhaupt notwendig, und wie geht es jetzt weiter? Diese und weitere Fragen rund um das Genome-Editing-Urteil haben Vertreter aus Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Zivilgesellschaft am 14. Februar bei der 8. Sondersitzung AGRAR in Berlin diskutiert. Auf Einladung der Agentur Genius wurde ein politisches Frühstück unter dem Motto „Heißes Eisen Grüne Biotechnologie“ organisiert, bei dem sowohl Befürworter als auch Kritiker des EuGH-Urteils zu Wort kamen.

Innovation versus Vorsorgeprinzip

René Röspel, SPD-Politiker und Mitglied des Deutschen Bundestages, verortete sich auf der Seite der Befürworter der Entscheidung der obersten Richter. „Wir müssen die Technologien im Hinblick auf die Risiken im Blick und das Vorsorgeprinzip im Auge behalten“, betonte Röspel. Aus seiner Perspektive gebe es zudem keine negativen Folgen durch das Urteil – weder für die Forschung noch für kleine und große Unternehmen. In eine ähnliche Richtung argumentierte Margret Engelhard, Fachgebietsleiterin am Bundesamt für Naturschutz: „Das sind wirkkräftige Technologien. Man muss die Spreu vom Weizen trennen.“ Sie sieht das Gentechnik-Recht dafür als geeignetes Werkzeug.

Die Definition wird ihrer Bedeutung nicht ganz gerecht: Sekundäre Pflanzenstoffe unterscheiden sich von den primären dadurch, dass sie für die Pflanze nicht lebensnotwendig sind. Dennoch haben sie vielfältige wichtige Funktionen. Sie schützen die Pflanze vor Krankheitserregern, Fressfeinden, Trockenheit oder UV-Strahlung, sie locken Bestäuber und Samenverbreiter an oder stabilisieren die Pflanze, indem sie Zellen verholzen lassen. Viele dieser chemischen Verbindungen nutzt der Mensch in der Medizin, der Lebensmittelindustrie und anderswo. Zu ihnen zählen Koffein, Nikotin und Morphin, aber auch Duftstoffe wie Menthol, Limonen und die verschiedenen roten und blauen Blütenfarbstoffe.

Untergruppe der Alkaloide

Pflanzenbiologen der Technischen Universität Braunschweig berichten nun im Fachjournal „Phytochemistry“ über die Entdeckung einer bislang unbekannten Klasse sekundärer Pflanzenstoffe, die sie Phytomodificine getauft haben. Die Arbeitsgruppe um Dirk Selmar hatte sich mit Alkaloiden des Kleinen Immergrüns Vinca minor beschäftigt, zu denen viele der sekundären Pflanzenstoffe zählen. Dabei stießen sie auf eine Gruppe von Verbindungen, die gestresste Pflanzen produzieren, indem sie andere, bereits vorhandene komplexe Naturstoffe modifizieren.

Dritte Klasse neben Phytoanticipinen und Phytoalexinen

Bislang haben Pflanzenforscher zwei Klassen von sekundären Pflanzenstoffen unterschieden: Eine Gruppe, die dauerhaft in Pflanzen gebildet wird, die sogenannten Phytoanticipine. Dazu zählen beispielsweise Gift- oder Bitterstoffe, die Fressfeinde abwehren sollen. Auch Stoffe, die automatisch aus Vorstufen entstehen, wenn eine Zelle abstirbt, zählen dazu. Bekanntes Beispiel ist die Schärfe des Radieschens: Das dafür verantwortliche Senföl entsteht erst unmittelbar im Anschluss an den Biss in die Knolle. Die zweite Gruppe sind die Phytoalexine, meist Teil des pflanzlichen Immunsystems. Sie werden erst als Reaktion auf eine Infektion komplett neu gebildet.

Funktion der Phytoanticipine noch unklar

Die Indol-Alkaloide des Kleinen Immergrüns hingegen werden unter Stress zu anderen Alkaloiden umgebaut, und zwar in lebenden Zellen. Damit erfüllen sie die Definition keiner der beiden zuvor bekannten Klassen. Welche Funktion diese neuen Alkaloide erfüllen, wollen die Braunschweiger Pflanzenforscher nun untersuchen. Bislang ist über diese Verbindungen kaum etwas bekannt – lediglich, dass ihre Vorläufer, die Indol-Alkaloide, eine wichtige Rolle in der Krebstherapie spielen.

Im Report „Bio-based Building Blocks and Polymers – Global Capacities, Production and Trends 2018-2023“ wird berichtet, dass im Jahr 2018 die Gesamtproduktionsmenge biobasierter Polymere bereits 7,5 Millionen Tonnen erreichte – immerhin 2 % der Produktionsmenge petrochemischer Polymere. Das vorhandene Potenzial wird allerdings deutlich höher eingeschätzt, derzeit jedoch u. a. durch niedrige Ölpreise gebremst.

Laut Report hat sich die Produktion von biobasierten Polymeren in den letzten Jahren deutlich professionalisiert und differenziert. Demnach gibt es mittlerweile für praktisch jede Anwendung eine biobasierte Alternative. Erwartet wird eine kumulierte jährliche Wachstumsrate von etwa 4% bis 2023. Da das etwa dem Wachstum petrochemischer Polymere und Kunststoffe entspricht, wird der Marktanteil biobasierter Polymere am gesamten Polymer- und Kunststoffmarkt konstant bei etwa 2% bleiben.

Man muss seine Feinde kennen, um ihre Schwächen auszunutzen und sie zu besiegen. Nach diesem Prinzip haben Biologen der Christian-Albrechts-Universität Kiel und des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön die Vererbungsmechanismen des Pilzes Zymoseptoria tritici analysiert. Der Mikroorganismus ist in Nordwesteuropa verbreitet und verursacht die Blattdürre, die im Weizenanbau zu Ernteverlusten von bis zu 50% führt. Bislang setzen Landwirte bei der Abwehr auf Fungizide, denn resistente Weizensorten gibt es nicht. Zugleich wird der Pilz zunehmend unempfindlich gegen die chemischen Pflanzenschutzmittel. Die Forscher setzen daher große Hoffnungen auf einen ungewöhnlichen Befund, über den sie im Fachjournal „eLife“ berichten.

Überzählige Chromosomen

Eukaryotische Zellen, zu denen auch Pilze gehören, vermehren sich mittels einer Reifeteilung, der sogenannten Meiose. Dabei werden die Chromosomen des mütterlichen und des väterlichen Zellkerns zunächst kombiniert und dann auf mehrere Zellkerne aufteilt, um die natürliche Anzahl Chromosomen je Zellkern wiederherzustellen. Manche Organismen besitzen zusätzlich sogenannte „überzählige“ Chromosomen, für die es beim anderen Geschlecht nichts Entsprechendes gibt. In solchen Fällen erhält die Hälfte der Nachkommen ein solches Chromosom, die andere Hälfte geht leer aus.

Weitergabe an alle Nachkommen

Anders ist es bei Zymoseptoria tritici. Überzählige Chromosomen aus dem Erbgut der Mutter werden im Vorfeld der Meiose verdoppelt und an jeden Nachkommen weitergegeben. Väterliche überzählige Chromosomen hingegen werden ganz normal aufgeteilt, und auch die homologen Chromosomen beider Eltern folgen den Verteilungsregeln, wie sie seit Mendel bekannt sind.

„Nur die Chromosomen selbst profitieren davon, ihre Merkmale an alle Nachkommen weiterzugeben und agieren also im übertragenen Sinne egoistisch“, erläutert Erstautor Michael Habig von der Universität Kiel ein weiteres Ergebnis. Weshalb sich dieser Mechanismus dennoch im Verlauf der Evolution halten konnte, ist noch unklar. So hemmt dieses Vererbungsmuster die Fähigkeit des Pilzes, Weizen zu befallen. Möglicherweise verbessert es die Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen.

Ansatzpunkt für Genomeditierung

Für den Pflanzenschutz sehen die Forscher in diesem Vererbungsmechanismus ein besonderes Potenzial: „Möglicherweise gelingt es uns, bestimmte genetische Informationen durch diese besondere Art der Vererbung in die Pilze zu bringen, die ihre Schädlichkeit für den Weizen nachhaltig reduzieren könnten“, gibt sich Habig optimistisch. Dabei könne man sich zunutze machen, dass sich alle Nachkommen zugleich mit den entsprechenden Erbinformationen ausstatten ließen. Die dazu handwerklich erforderlichen Methoden der Genomeditierung haben zuletzt große Fortschritte gemacht.

Im Fokus des 2015 gestarteten Gründerwettbewerbs "PlanB - Biobasiert.Business.Bayern" stehen biobasierte Geschäftsideen, die zu einer nachhaltigen Entwicklung der Gesellschaft beitragen. Der vom BioCampus Straubing initiierte Wettstreit zu Innovationen für die Bioökonomie wurde auch dieses Mal im Beisein von Vertretern aus Wirtschaft, Politik sowie Investoren und Branchenexperten ausgetragen. Dreißig grüne Start-ups hatten sich im Rahmen des im August gestarteten Wettbewerbs durch die Etappen gekämpft, ihre Ideen optimiert und sich schließlich mit ihrem PlanB-Deck fürs Finale qualifiziert. Ende Januar mussten sich die Nominierten in der Sennebogen Akademie in Straubing in einem Live-Pitch vor der Jury und einem großen Publikum mit ihren grünen Geschäftsideen behaupten.

Anpassbare Holzbrille begeistert Jury und Publikum

Hier ging das Freisinger Start-up freisicht – sustainable eyewear GmbH als Gewinner hervor. Mit Designer-Brillen aus Massivholz, die individuell angepasst werden können, hat das Team um Sebastian Wittmann nicht nur die Jurymitglieder, sondern auch das Publikum überzeugt. „Die bisherige Fertigung von Holzbauteilen stellt grundsätzlich eine Kompromisslösung dar. freisicht kombiniert Massivholz mit Verformbarkeit und gewünschter Festigkeit“, so die Entwickler. Mit dem Sieg sicherte sich das Start-up ein Preisgeld von 5.500 Euro und eine Startereinheit im Straubinger Gründerzentrum BioCubator.

The "PlanB - Biobasiert.Business.Bayern" start-up competition, launched in 2015, focuses on biobased business ideas that contribute to the sustainable development of society. The competition initiated by BioCampus Straubing on innovations for the bioeconomy was once again held in the presence of representatives from industry, politics, investors and industry experts. Thirty green start-ups fought their way through the stages of the competition launched in August, optimised their ideas and finally qualified for the finals with their PlanB deck. At the end of January, the nominees had to compete in a live pitch at the Sennebogen Academy in Straubing in front of the jury and a large audience with their green business ideas.

Adaptable wooden glasses inspire jury and audience

The Freising-based start-up freisicht - sustainable eyewear GmbH emerged as the winner this year. The team around Sebastian Wittmann convinced not only the jury members but also the audience with designer glasses made of solid wood that can be individually adjusted. "The previous production of wooden components is basically a compromise solution. freisicht combines solid wood with formability and the desired strength," explained the developers. With the victory, the start-up company secured prize money of 5,500 euros and a starter unit in the Straubing BioCubator start-up centre.

Das Insektensterben in Europa beschäftigt Forschung und Politik. Doch wo ist der Rückgang am stärksten? Was sind die Hauptursachen dafür, und welche Gegenmaßnahmen sind am wirkungsvollsten? Am Beispiel der Tagfalter soll nun ein europaweites Monitoring Antworten auf diese drängenden Fragen liefern.

800.000 Euro für die ersten beiden Jahre

Diese umfassende Bestandsaufnahme steht im Fokus des kürzlich gestarteten EU-Projektes „Assessing ButterfLies in Europe“. ABLE ist eine gemeinsame Initiative von Butterfly Conservation Europe, dem britischen Umweltforschungszentrum CEH, dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) sowie den niederländischen und britischen Organisationen zum Schutz der Tagfalter. Aufbauen kann das Konsortium auf Daten aus elf europäischen Ländern, in denen bereits durch Tausende Ehrenamtliche das Vorkommen von Tagfaltern regelmäßig erfasst wird. Die EU unterstützt das Projekt zunächst für zwei Jahre mit 800.000 Euro.

Einfluss von Klimawandel und Landnutzungsänderungen

„Dieses Projekt mit seiner europaweit standardisierten Vorgehensweise beim Monitoring von Tagfaltern ist ein Paradebeispiel dafür, wie in Zeiten des Insektenschwunds belastbare Daten für Wissenschaft, Politik und Gesellschaft erhoben werden müssten,“ erläutert Josef Settele, Agrarökologe am UFZ, Mitbegründer von Butterfly Conservation Europe und zentraler Partner im ABLE-Team. Wichtige Einflussgrößen, die das Projekt untersuchen soll, sind der Klimawandel und die Landnutzungsänderungen.

Mihail Dumitru, Stellvertretender General-Direktor für Landwirtschaft und Ländliche Entwicklung bei der Europäischen Kommission, betont deshalb: „Viele wichtige Lebensräume für Schmetterlinge und andere Bestäuber, wie beispielsweise extensives Grünland, sind Elemente der Agrarlandschaft.“ Er begrüße daher dieses Pilotprojekt zur Erweiterung des Monitorings von Schmetterlingen und zur Entwicklung neuer Biodiversitäts-Indikatoren.

Grundlagen für künftige Politik

Neben dem wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn sollen aus dem Projekt auch Handlungshilfen für die Politik abgeleitet werden. „Tagfalter sind wichtige Indikatoren zur Bewertung von Politiken auf Ebene der EU“, sagte Anne Teller von der EU-Generaldirektion Umwelt der Europäischen Kommission. Das Projekt verbessere bisherige Monitoringansätze, zukünftige Datenerhebungen sowie das Engagement von Ehrenamtlern und stimuliere Aktivitäten in weiteren EU-Mitgliedsstaaten.

Hitze und Dürre haben Landwirten im vergangenen Sommer vielerorts zugesetzt und enorme Verluste bei der Ernte beschert. Der Schaden, der den Landwirten entstand, wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft auf 770 Mio. Euro geschätzt.
Das Problem: Pflanzen sind infolge extremer Witterungen anfälliger für Krankheiten und Schädlingsbefall. Dadurch ist auch die Weizenproduktion in Deutschland und weiten Teilen Europas gefährdet.

Im Projekt VolCorn will ein Konsortium aus vier außeruniversitären Forschungsinstituten daher die natürlichen Abwehrkräfte des Weizens ergründen und gezielt nutzen. Das Vorhaben wird mit rund einer Million Euro von der Leibniz-Gemeinschaft gefördert und vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) koordiniert.

Interaktion von Pflanze und Mikrobiota im Blick

Das Augenmerk der Forscher richtet sich dabei auf die Mikrobengemeinschaft in und auf der Pflanze. Dahinter verbirgt sich der Ansatz, dass ähnlich wie beim Menschen, die Mikrobiota auch Pflanzen bei klimabedingtem Stress vor Krankheiten oder Schädlingsbefall schützen kann. Das Team ist überzeugt, dass die Mikroben das Immunsystem der Pflanzen und deren Nährstoffversorgung verbessern, denn sie interagieren mit flüchtigen organischen Substanzen, sogenannten Volatile Organic Compounds (VOCs), welche die Pflanze selbst bildet.

Mikroben gezielt für die Weizenzucht nutzen

In den kommenden drei Jahren will das Team nun all jene Substanzen identifizieren, die beim Zusammenspiel von Pflanze und Mikrobiota gebildet werden, um sich vor klimabedingtem Stress zu schützen. „Wenn es uns gelingt, diese VOCs zu identifizieren, dann könnte man neue Weizensorten züchten und Mikroben gezielt einsetzen, die in bestimmten Wachstumsphasen besonders viel davon produzieren. Somit wären die Pflanzen klimaresistenter und die Erträge würden auch in Zukunft stabil bleiben“, sagt Steffen Kolb, Koordinator des Projektes am ZALF.

Last summer, heat and drought have afflicted farmers in many places and caused enormous harvest losses. The damage caused to farmers in Germany was estimated by the Federal Ministry of Food and Agriculture at 770 million euros.
Extreme weather conditions make plants more susceptible to disease and pest infestation. This also endangers wheat production in Germany and large parts of Europe.

In the VolCorn project, a consortium of four non-university research institutes is investigating and specifically using the natural defences of wheat. The project is funded with around one million euros by the Leibniz Association and coordinated by the Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF).

Focus on the interaction between plants and microbiota

The researchers are focusing on the microbial community in and on the plant. This is based on the assumption that, similar to humans, the microbiota can also protect plants from diseases or pest infestation under climate-related stress. The team is convinced that the microbes improve the plant's immune system and nutrient supply by interacting with volatile organic compounds (VOCs) produced by the plant itself.

Using microbes specifically for wheat breeding

Over the next three years, the team hopes to identify all those substances that are formed during the interaction of plants and microbiota in order to protect themselves from climate-related stress. “If we succeed in identifying these VOCs, then we might breed new wheat varieties and specifically introduce microbes that produce particularly large amounts of these VOCs during certain growth phases. This would make the plants more climate-resistant and would stabilize the yields in the future”, says Steffen Kolb, coordinator of the project at ZALF.

bb/um

Hülsenfrüchte wie Bohnen sind bekanntermaßen reich an Proteinen. In der Landwirtschaft werden diese Leguminosen auch wegen ihrer Fähigkeit geschätzt, mithilfe von Bakterien über die Wurzeln Stickstoff aus der Luft zu binden. Im Gegenzug werden die Bakterien von den Pflanzen über Knöllchen an den Wurzeln mit Nährstoffen versorgt. Beim sogenannten Mischanbau könnten auch andere Pflanzen, wie Mais, von dem natürlichen Düngepotenzial der Bohnen profitieren. Denn gerade beim Maisanbau ist das Risiko sehr groß, dass Stickstoff ausgewaschen wird, der dann den Pflanzen fehlt und das Grundwasser belastet.

Vorteile des Mais-Bohnen-Anbaus untersuchen

Die ökologischen Vorteile des kombinierten Anbaus von Mais und Bohnen werden nun in einem Projekt an der Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen (HfWU) genauer untersucht. Das Team will ergründen, inwiefern das Potenzial dieser Form des Mischanbaus tatsächlich wirkt. Das ursprünglich aus Südafrika stammende Anbausystem verspricht nicht nur Einsparungen beim Dünger, sondern auch bei der Bodenerosion und dem bereits genannten Nitrateintrag ins Grundwasser. Außerdem bietet es bodenbrütenden Vögel mehr Schutz und Insekten mehr Nahrung als ein reines Maisfeld.

Stickstoffversorgung und -teilung im Blick

In Düngungsversuchen wollen die Forscher der HFWU überprüfen, ob beim Mischanbau tatsächlich auf mineralischen Stickstoff-Dünger verzichtet werden kann. Die Anbaufläche soll dafür in Bereiche mit geringer und mit guter Stickstoff-Versorgung unterteilt werden. Sie wollen wissen, ob die Bohnen auf den gering versorgten Flächen tatsächlich ihr Talent zur Stickstoff-Fixierung aus der Luft nutzen und dem Mais den Nährstoff aus Bodenvorrat und organischer Düngung überlassen. Denn auch ein unerwünschtes Verhalten wäre denkbar: Die Bohnen könnten auf gut gedüngten Flächen auf die Luftstickstoff-Fixierung ganz verzichten. Sollte die Bohnen den Mais jedoch tatsächlich mitversorgen, könnten sich Landwirte auf Leguminosen als natürliche Düngehelfer verlassen und auf die Zugabe mineralischer Stickstoffdünger verzichten.

Mehr Schutz und Nahrung für Vögel und Insekten

Darüber hinaus hinterfragen die Forscher, ob der Mais-Bohnen-Mischanbau auch die Biodiversität erhöhen kann, indem mehr Insekten und brütende Vögel angelockt werden, da sie hier mehr Nahrung und Schutz finden. Das Projekt „Ökologische und ökonomische Bewertung des Gemengeanbaus von Mais mit Stangenbohnen unter besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen auf Stickstoffbilanz und Biodiversität“ wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

Moore stehen in dem Ruf, Methan abzusondern und so das Klima zu erwärmen. Gebildet wird das Methan vor allem durch eine besonders alte Gruppe von Mikroorganismen, den Archaeen. Schon vor acht Jahren berichteten niederländische Forscher allerdings, dass die Moore wohl weniger zum Klimawandel beitragen, als bislang befürchtet: Bestimmte Bakterien verwerten das Methan direkt wieder und verarbeiten es zu Stoffwechselprodukten, die dann von Moosen aufgenommen und in ihre Biomasse eingebaut werden. Jetzt haben Wissenschaftler der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen in Braunschweig und der Universität Wien eine weitere Bakterienart entdeckt, die die Methanemissionen der Moore verringert.

Wettstreit um Nährstoffe

Die seltene Bakterienart Candidatus Desulfosporosinus infrequens setzt Sulfat zu Sulfid um, um so Energie zu gewinnen. Dabei konkurriert sie mit den Methan bildenden Archaeen um die gleichen Nährstoffe. Auf diese Weise verringern die Bakterien die Aktivität und Fortpflanzung der Archaeen, die sonst noch mehr Methan produzieren würden.

Deutliche Wirkung trotz geringer Anzahl

Im Fachjournal „mBio“ berichten die Mikrobiologen von weiteren Untersuchungen des bakteriellen Genoms und Transkriptoms. Darüber hinaus konnten sie demonstrieren, dass die seltenen Bakterien trotz ihrer geringen Anzahl tatsächlich die Methanbildung in Mooren beschränken. Auch dafür, dass die Bakterien so selten bleiben, fanden die Forscher eine mögliche Erklärung: Um mit den sauren pH-Bedingungen im Moor zurecht zu kommen, müssen die Mikroorganismen viel Energie für ihren eigenen Erhalt aufwenden und können weniger Energie ins Wachstum investieren. In 50 Beobachtungstagen maßen die Mikrobiologen praktisch keine Zunahme der Zelldichte. Auch seltene Bakterienarten mit Null-Wachstum können demnach wichtige ökologische Effekte haben, wenn sie, wie in diesem Fall, einen sehr aktiven Stoffwechsel besitzen, so das Fazit der Studie.

Bogs have a reputation for emitting methane and thus warming the climate. Methane is mainly formed by a particularly old group of microorganisms, the archaea. Eight years ago, however, Dutch researchers reported that the moors contribute less to climate change than previously feared: Certain bacteria directly recycle methane and process it into metabolic products, which mosses then absorb and incorporate into their biomass. Scientists from the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures in Braunschweig and the University of Vienna have now discovered another bacterial species that reduces methane emissions from moors.

Competition for nutrients

The rare bacterial species Candidatus Desulfosporosinus infrequens converts sulfate to sulfide in order to generate energy. It competes with the methane-forming archaea for the same nutrients. In this way, the bacteria reduce the activity and reproduction of the archaea, which would otherwise produce even more methane.

Clear effect despite small number

In the scientific journal "mBio" the microbiologists report on further investigations of the bacterial genome and transcriptome. In addition, they were able to demonstrate that the rare bacteria, despite their small number, actually restrict methane formation in bogs. The researchers also found a possible explanation for the fact that the bacteria remain so rare: In order to cope with the acid pH conditions in moors, the microorganisms have to expend a lot of energy on their own maintenance and can invest less energy in growth. In 50 days of observation, the microbiologists measured practically no increase in cell density. According to the study, even rare bacterial species with zero growth can have important ecological effects if, as in this case, they have a very active metabolism.

bl/um

Hühnereier, ob als Frühstücksei oder Backzutat, sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Neben der Lebensmittelindustrie werden Eier auch zuhauf in der Kosmetik- und Pharmabranche eingesetzt. Die Unmengen an Schalen, die dabei anfallen, wurden bisher jedoch kaum beachtet und landeten meist im Biomüll. Doch gerade die weiß- oder bräunlichen Schalen bestehen aus einem Material, das großes Potenzial für neue nachhaltige Energiespeicher birgt. Das belegt die Studie eines internationalen Forscherteams, an der Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) beteiligt waren.

Naturstoff als elektrochemische Speicher

Eierschalen bestehen aus einem wichtigen Verbundwerkstoff: aus porösem Calciumcarbonat (CaCO₃) sowie einer proteinreichen Fasermembran. Die Forscher fanden heraus, dass sich dieses Material hervorragend zum Speichern von Energie eignet. „Es gibt überraschenderweise immer wieder neue Beispiele, in denen Naturstoffe gute bis sehr gute Voraussetzungen mitbringen, um daraus Materialien für elektrochemische Speicher herzustellen“, sagt Maximilian Fichtner vom Helmholtz-Institut Ulm, einer Einrichtung unter Trägerschaft des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

Kalziumcarbonat als Lithiumspeicher

Der Chemiker hatte gemeinsam mit australischen Wissenschaftlern herausgefunden, dass Hühnereierschalen vielversprechende elektrochemische Eigenschaften besitzen, die auf Grund ihres hohen Anteils an Calciumcarbonat sehr gut Lithium speichern können. Wie die Forscher im Fachjournal „Dalton Transactions“ berichten, nutzten sie Eierschalenpulver erstmals als leitfähiges Material für eine Elektrode. Dafür verwendeten sie sowohl die verkalkte Schale als auch die inneren und äußeren Schalenmembranen.

Speicherkapazität bei 92%

Nach dem Waschen und Trocknen wurden die zerkleinerten Eierschalen pulverisiert. Dieses Pulver wurde schließlich als Elektrode gegen eine metallische Lithium-Anode in einem nichtwässrigen Elektrolyten verwendet. Der Studie zufolge betrug die Speicherkapazität der Testzelle aus Eierschalen bei über 1.000 Lade- und Entladezyklen dauerhafte 92 Prozent. Nun wollen die Wissenschaftler ihre Forschung fortsetzen, um die Leitfähigkeit des Material und damit das Einsatzspektrum des neuen, nachhaltigen Energiespeichers zu verbessern.