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Weltweit werden jedes Jahr rund 4 Mrd. Tonnen Zement zu Beton verarbeitet und verbaut. Dabei wird viel Energie benötigt und große Mengen an Treibhausgasen werden freigesetzt. Deshalb hat ein Forschungsteam der Universität Stuttgart in einer Machbarkeitsstudie Biobeton aus menschlichem Urin getestet: „Das Herstellungsverfahren unseres Biobetons verbraucht erheblich weniger Energie und verursacht weniger Emissionen als die herkömmliche Zementproduktion“, sagt Lucio Blandini, Leiter des Instituts für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart.

Das Projekt SimBioZe (Simultane Biozement- und Düngemittelherstellung aus Abwasser) wurde vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg im Rahmen eines Förderprogramms finanziert und nun um weitere drei Jahre verlängert.

Biobeton durch Biomineralisierung

Die Herstellung des Biobetons basiert auf Biomineralisierung, bei der Bakterien mithilfe chemischer Reaktionen anorganisches Material erzeugen. Dazu wird Sand mit einem bakterienhaltigen Pulver gemischt und in eine Schalung gefüllt. Anschließend wird die Mischung drei Tage mit calciumangereichertem Urin gespült. Die Bakterien bauen den Harnstoff im Urin ab, wodurch Calciumcarbonat-Kristalle entstehen, die das Sandgemisch verfestigen. Das Ergebnis ist ein Festkörper, der chemisch dem natürlichen Kalksandstein ähnelt und in verschiedenen Formen und Größen produziert werden kann.

Aus Abfall zum Baustoff

Neben dem Einsparen von Emissionen und Energie ist auch die Kreislaufwirtschaft ein erklärtes Ziel des Vorhabens. „Nachhaltig ist unser Ansatz auch, weil wir das Produkt in eine zirkuläre Wertschöpfungskette einbetten“, so Blandini. Beispielsweise in den Abwasserteilstrom an Orten mit hohem Menschenaufkommen, wie einem Flughafen. Gleichzeitig könnten bei einem solchen Prozess sekundäre Wertstoffe aus dem Abwasser rückgewonnen werden, um Düngemittel für die Landwirtschaft zu produzieren.

In der kommenden zweiten Projektphase soll das Herstellungsverfahren optimiert und das Konzept in der Praxis getestet werden – und zwar am Stuttgarter Flughafen.

Produkte aus Leder oder Kunstleder sind aus dem Alltag kaum wegzudenken. Doch der Bedarf an nachhaltigen Alternativen, die Ressourcen und Umwelt gleichermaßen schonen, steigt und treibt die Entwicklung voran. Die Bandbreite an Lederalternativen reicht von Ananasfasern über Apfelreste bis hin zu Pilzfäden. Das Darmstädter Start-up Revoltech nutzt Hanfstroh, das als Nebenprodukt bei der Herstellung von Hanf anfällt. Mit einer Förderung über 125.000 Euro durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) konnte das Jungunternehmen seine Lederalternative namens „Lovr“ weiterentwickeln.

Hanfleder wie Papier herstellen

Lovr besteht zu 100 % aus pflanzlichen Reststoffen, ist frei von Erdöl und anderen Chemikalien sowie tierischen Bestandteilen und zudem biologisch abbaubar. Darüber hinaus ist Hanf eine schnell wachsende Pflanze, die regional angebaut wird, kaum Wasser oder Pestizide benötigt und damit zur Verbesserung der Böden beiträgt.

„Neben dem ressourcen- und umweltschonenden Ansatz setzen die drei Gründer von Revoltech größtenteils auf etablierte Fertigungstechnologien aus verschiedenen Branchen, unter anderem aus der Papierherstellung. Das führt zur schnellen Skalierbarkeit der Produktion – mit positiven Effekten für mehr Umweltschutz“, so DBU-Generalsekretär Alexander Bonde.

Qualität der Lederalternative verbessert

Die Technologie zur Herstellung von Hanfleder hat sich das Darmstädter Start-up bereits 2021 patentieren lassen. „Durch die DBU-Förderung konnten wir die Qualität unserer Lederalternative deutlich steigern – in Farbe, Textur und Veredelung“, berichtet Lukas Schell, Produktionsleiter bei Revoltech. Schell zufolge lässt sich das neue Material nun auch in unterschiedlichen Stärken und mit verschiedenen Oberflächen – etwa geprägt oder geschliffen – herstellen.

Volkswagen als Partner

Aktuell ist das Start-up dabei, das Verfahren für die industrielle Anwendung fit zu machen. Hier konnte Revoltech mit dem Volkswagen-Konzern bereits einen strategisch wichtigen Partner gewinnen. Im Rahmen der Partnerschaft wird das Start-up seine Kunstlederalternative für verschiedene Anwendungen im Fahrzeuginnenraum optimieren. Schell ist jedoch überzeugt, dass das Material für „zahlreiche Einsatzbereiche“ angepasst werden kann.

Mit der Green Startup-Förderung unterstützt die Deutsche Bundestiftung Umwelt junge Gründende bei der Entwicklung innovativer und wirtschaftlich tragfähiger Lösungen für Umwelt, Ökologie und Nachhaltigkeit.

Viele Materialien werden heute bereits recycelt. Bei Einwegwindeln ist das nicht möglich, weil sie aus einem Verbundmaterial bestehen – konkret aus einer Mischung aus Zellulose und einem sogenannten Superabsorber, der die Flüssigkeit aufnimmt. Forschende am NMI Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Institut in Reutlingen haben nun eine wesentliche Hürde auf dem Weg zum Windelrecycling genommen.

Enzyme trennen Zellulose und Superabsorber

Im Projekt Encycling gelang es einem Team um Anne Zeck, die Zellulose mithilfe von Enzymen von dem Superabsorber zu trennen. Dieser Superabsorber, bestehend aus dem Natriumsalz der Polyacrylsäure, quillt bei Kontakt mit einer Flüssigkeit auf. „Wenn auf diese Mischung aus Zellulose und Superabsorber eine Flüssigkeit kommt, entsteht daraus eine gelförmige Masse. Eine gute Durchmischung und Behandlung der Masse mit Enzymen wird dadurch unmöglich“, schildert Zeck.

Durch die Zugabe von Kalziumchlorid wurde zunächst die Flüssigkeit aus dem Superabsorber entfernt, wodurch sich die geschredderte Windelmasse gut durchmischen ließ. Gemeinsam mit Enzymen wurde die zerkleinerte und in Wasser getränkte Menge dann mehrerer Tage bei 50 Grad Celsius geschüttelt. Dabei bauten die Enzyme 800 Gramm Zellulose ab und produzierten zugleich Zucker, der aus der wässrigen Phase entfernt werden konnten. Aus ursprünglich 5,8 Kilogramm geschreddertem Windelmaterial blieben am Ende 5 Kilo übrig, die vorwiegend Superabsorber enthalten.

Windelrecycling im Technikumsmaßstab geplant

Nach dem erfolgreichen Abbau von Zellulose im Windelmaterial im Labor ist ein erster Schritt zum Recycling getan. Als Nächstes muss sich das Zellulose-arme Verbundmaterial nun beim chemischen Recycling bewähren. Der Projektpartner, die Firma ARCUS Greencycling, wird das als Nächstes im Technikumsmaßstab testen. Hier wird sich zeigen, ob die in den Windern enthaltenden Rohstoffe wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden können. Darüber hinaus soll geprüft werden, ob auch die zuckerhaltige Flüssigkeit künftig stofflich genutzt werden kann.

Das Projekt „Encycling“ wurde vom Wirtschaftsministerium in Baden-Württemberg über das Innovationsprogramm Invest BW Green Tech gefördert.

Die Platterbse gehört zu den ältesten kultivierten Pflanzen. Auf den Feldern Europas ist die Hülsenfrucht allerdings kaum noch zu finden. Sie wird vorwiegend als Futtermittel genutzt. Fast vergessene Pflanzen wie die Platterbe aufzuspüren und wieder auf die Felder zu bringen, steht im Fokus des EU-Projekt BioValue. Darin haben Forschende der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) nun untersucht, welches Potenzial die Leguminose für nachhaltige Agrar- und Ernährungssysteme bietet.

Wie andere Hülsenfrüchte auch, ist die Platterbse reich an Proteinen und daher bestens für eine „innovative, gesunde Küche“ geeignet, schreiben die Forschenden. Ihr Talent, mithilfe von Bakterien über die Wurzeln Stickstoff aus der Luft zu binden, macht sie zudem zu natürlichen Düngerexperten für die Landwirtschaft und Kandidaten für eine nachhaltige Bewirtschaftung. Als Fruchtfolge könne sie vor allem den ökologischen Landbau bereichern, heißt es.

Widerstandsfähige Pflanze mit großem Potenzial

Der große Vorteil: Die Platterbse ist äußerst widerstandsfähig und kann sich an unterschiedliche klimatische Bedingungen anpassen. Sie ist gegen Trockenheit resistent, kommt aber auch mit hohen Niederschlägen zurecht. Die Forschenden sind daher überzeugt, dass die fast vergessene Hülsenfrucht großes Potenzial hat, die Agrar- und Ernährungssysteme in Europa nachhaltig zu machen.

Durch „geeignete Züchtungsstrategien und Verarbeitungsmethoden“ ließen sich die „vorteilhaften ernährungsphysiologischen Eigenschaften“ wie der hohe Proteingehalt und das Nährstoffprofil noch verbessern. Auch müssten die Samen der Erbse richtig verarbeitet werden – etwa durch Einweichen, Fermentieren, Kochen, Rösten oder Keimen – damit sie besser verträglich und nährstoffreich sind.

„Um das Potenzial dieser ‚vergessenen‘ Pflanze zu nutzen, sind angepasste Anbaumethoden und die Zusammenarbeit der Akteurinnen und Akteure in der gesamten Wertschöpfungskette erforderlich – vom Anbau bis zum fertigen Lebensmittel“, sagt die Erstautorin der Studie, Irina Solovieva, von der JLU.

Eintopf und Kräcker aus Platterbsen

Im Projekts BioValue wurden bereits ein Eintopf aus Buchweizen, Platterbsen und Aubergine sowie Kräcker aus Platterbsensamen- und Kichererbsenmehl entwickelt.

Die Studie, erschienen in der Fachzeitschrift Sustainability, wurde mit Forschenden in Serbien, Spanien und Frankreich durchgeführt und im Rahmen des europäischen Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 gefördert.

Die Herstellung von Leder hat eine lange Tradition. Lange bevor die Chemie im 19. Jahrhundert bei der Ledergerbung Einzug hielt, nutzte der Mensch vor allem pflanzliche Stoffe, um Häute zu gerben und sie so für sich nutzbar zu machen. Diese in den Hintergrund getretene Tradition der Ledergerbung hat Heinz-Peter Germann mit neuen Mitteln wiederbelebt. Der bei Darmstadt aufgewachsene Chemiker zählt heute zu den bekanntesten Lederexperten. „Alles was von der klassischen Chemie abweicht, hat mich schon immer interessiert“, sagt der 58-Jährige. Von Anbeginn seiner Karriere galt sein besonderes Interesse den Naturstoffen, konkret den Peptiden und Eiweißen mit ihren natürlichen Eigenschaften, Dinge und Prozesse zu verändern.

Seine Begeisterung für die Lederherstellung wurde bereits während seines Studiums der Peptid- und Eiweißchemie an der Hochschule Darmstadt geweckt. Hier war es vor allem sein späterer Doktorvater Eckhardt Heidemann, der mit seiner Arbeitsgruppe auch das Feld der Lederforschung ins Visier nahm und Germann den Impuls für seine spätere berufliche Karriere gab. „Mich hat fasziniert, dass so ein Gebrauchsmaterial auch seinen Ursprung in chemischen Prozessen hat und erst mithilfe der Chemie zu einem schönen Material wird.“

Nachhaltige Gerbmethode gesucht

85 Prozent aller weltweit produzierten Lederwaren werden heute mit Chrom-III-Salzen gegerbt. Mithilfe des Metallsalzes gelingt es, die verderblichen Tierhäute in ein geschmeidiges, stabiles und beliebig färbbares Material umzuwandeln. Doch bei allen Vorteilen: die Chemikalie birgt Gefahren für Umwelt und Gesundheit und das behandelte Leder sowie Lederreststoffe aus der Produktion sind aufgrund des (Schwer-)Metallgehalts ungeeignet für einen biologischen Kreislauf. Auch die vor ca. drei Jahrzehnten aufkommende chromfreie Alternative, mit Glutaraldehyd zu gerben, erbrachte keinen entscheidenden Durchbruch in der Nachhaltigkeit, da eine toxische Reaktivchemikalie mit stark ätzender Wirkung auf die Haut zum Einsatz kommt, die – wie alle anderen synthetischen Alternativprodukte – aus fossilen Rohstoffen erzeugt wird.

„Das war der Ansporn nach einem ökologisch nachhaltigen Ledergerbverfahren zu suchen – basierend auf einem nachwachsenden Rohstoff und ohne Einschränkung auf die Nutzung oder die biologische Abbauarbeit der Reststoffe.“ Die Lederherstellung gesünder und nachhaltiger zu machen, wurde somit zur Lebensmaxime von Heinz-Peter Germann. Lange bevor die Bioökonomie hierzulande Fuß fasste, suchte der naturverbundene Chemiker nach alternativen Gerbverfahren. Als Direktor des einstigen Lederinstituts in Reutlingen trieb er seine Visionen voran, forschte und lehrte von 1987 bis zur Schließung der Einrichtung 2011.

Olivenreststoffe nutzen

2006 entstand im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojekts der Reutlinger Lederspezialisten mit der Firma N-Zyme BioTec, die Idee, Olivenreststoffe wie die Blätter zum Gerben zu nutzen. „Am Anfang war ich gar nicht so fasziniert. Erst bei näherer Betrachtung zeigten sich die Vorteile“, erinnert sich Germann.

Mikrobielle Gemeinschaften nehmen in Ökosystemen weltweit eine Schlüsselposition ein. Sie spielen bei essenziellen biologischen Funktionen vom Kohlenstoff- über den Stickstoffkreislauf in der Umwelt bis hin zur Regulation von Immun- und Stoffwechselprozessen in tierischen oder menschlichen Körpern eine wichtige Rolle. Sie eingehender zu erforschen, ist daher das Ziel vieler Wissenschaftler.

Bei Bakterien wird die ribosomale RNA entziffert

Genomforscher weltweit setzen inzwischen voll auf sogenannte Next Generation Sequencing-Technologien (NGS): Die aktuellen Geräte können mit geringem personellem Aufwand innerhalb kürzester Zeit eine wahre Flut von Sequenzierungs-Daten produzieren. Die Sequenzanalyse sogenannter bakterieller 16S-rRNA-Gene ist heutzutage die häufigste unter den Identifikationsmethoden von Bakterien. Die 16S-rRNA-Gene gelten als ideale molekulare Marker für die Rekonstruktion von Verwandtschaftsgraden unter Organismen, weil an ihnen die gesamte Entwicklungsgeschichte eines Organismus abgelesen werden kann. Die Abkürzung rRNA steht für ribosomale Ribonukleinsäure.

Gigantischer Berg aus Rohdaten

Im Sequenz Read Archive (SRA), eine öffentliche bioinformatische Datenbank fürs Archivieren von Sequenzen, sind inzwischen über 100.000 solcher 16S-rRNA–Sequenzen als Datensätze zusammengekommen. Denn die neuen technischen Verfahren der DNA-Sequenzierung haben den Umfang und die Komplexität genomischer Forschungsdaten in den vergangenen Jahren explosionsartig anwachsen lassen. Im SRA schlummern Datensätze, die in ihrer Gesamtheit bisher nicht auswertbar sind. „Über all die Jahre wurden aber nicht nur Sequenzen von humanen Umgebungen wie Darm oder Haut genommen, sondern ebenso vom Boden oder aus dem Ozean“, erklärt Thomas Clavel vom Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung (ZIEL) an der TU München.

Plattform führt Datensätzen zusammen

„Wir haben jetzt ein Tool geschaffen, womit sich diese Datenbanken in relativ kurzer Zeit durchsuchen lassen, um Verwandtschaften unter Bakterien zu erkennen“, sagt Clavel . Die neue Plattform heißt Integrated Microbial Next Generation Sequencing (IMNGS) und ist über www.imngs.org allgemein zugänglich. Wie IMGS funktioniert, wird am Beispiel des Darmbakteriums Acetatifactor muris im Fachjournal „Scientific Reports“ detailliert beschrieben.

„Ein Wissenschaftler kann damit binnen einiger Stunden eine Abfrage durchführen, um zu überprüfen, in welcher Art von Proben wie etwa Boden- oder Darmproben das ihn interessierende Bakterium noch zu finden ist – beispielweise ein pathogener Erreger aus dem Krankenhaus. Diese Querverbindungen auszulesen war bisher nicht möglich.“

Grundlage für die Routinediagnostik

Bald könnten solche bioinformatischen Sequenzierungen aus der täglichen klinischen Routinediagnostik nicht mehr wegzudenken sein. Ein kritischer Punkt ist dabei aber, dass die vielen Unterarten der mikrobiologischen Gemeinschaften beschrieben werden müssen, da sie nicht ganz so leicht identifiziert und nummeriert werden können. „Das wird die große Herausforderung sein“, sagt Clavel – „die Qualität der Daten ist noch nicht gut genug, die Beschreibungen der einzelnen Proben in der Datenbank sind unvollständig und somit die Vergleichsmöglichkeiten per IMNGS derzeit noch eingeschränkt.“

Die Muskeln des Holzes sind seine Zellwände. Denn über die Menge an Wasser, die sie aufnehmen, steuern sie das Verhalten des Holzes: welche Kräfte es ausübt, welchen Belastungen es standhält oder wie es etwa die Schuppen von Tannen- oder Kiefernzapfen bewegt. Wie der Wassergehalt der Zellwände die Eigenschaften des Holzes bestimmt, wie also dessen Muskeln funktionieren, beschreiben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam, des Institute de Chimie Séparative de Marcoule und der Universität Montpellier nun mit einem mathematischen Modell. Die Forscher berichten im „New Journal of Physics“ über ihre Arbeit. Die Formel erweitert nicht nur das Verständnis, wie Holz zu seinen mechanischen Eigenschaften kommt, sondern könnte auch helfen, ungiftige Holzschutzmittel zu entwickeln.

Holz ohne Rinde muss imprägniert werden

Was dem Holz im Baum Elastizität und Härte gibt, macht Holz als Werkstoff schnell unbrauchbar. Denn wenn es keine Rinde mehr gibt, die das Holz schützt, wird es zu einer leichten Beute für Pilze, sobald es erst einmal feucht ist. Daher bestrichen römische Bootsbauer Schiffrümpfe schon in der Antike mit Pech, damit das Holz kein Wasser aufnimmt. Und in den vergangenen 300 Jahren imprägnierten sie den natürlichen Werkstoff ebenso wie alle Handwerker, die Holz für einen Außeneinsatz präparieren, mit Creosoten, die aus dem mit Pech verwandtem Teer gewonnen werden. Da diese Substanzen aber krebserregend sind, haben die Gesundheitsbehörden vieler Länder sie inzwischen weitgehend verboten.

Forscher suchen alternative Chemikalien, die Holz ebenso effektiv schützen. „Diese Suche dürfte mit unserem Modell einfacher werden“, sagt Luca Bertinetti, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung. Denn die Formel beschreibt, wieviel Wasser Holzzellen, genauer gesagt deren Wände, abhängig von der relativen Luftfeuchtigkeit speichert. Sie kann dabei auch wiedergeben, wie eine Substanz, mit der der natürliche Werkstoff behandelt wird, die Wasseraufnahme beeinflusst.

Zellwand als Geflecht von Molekülfasern

In einem ersten Schritt hin zu ihrer Formel, betrachteten die Wissenschaftler, wie die Wände der Holzzellen aufgebaut sind und wie sich diese Struktur verändert, wenn sie Wasser aufsaugt. Bei der Zellwand handelt es sich um ein natürliches Verbundmaterial, besteht sie doch aus verschiedenen biologischen Polymeren: Zum einen wird sie von parallel angeordneten Cellulosefasern durchzogen, die im trockenen Zustand etwa die Hälfte ihrer Masse ausmachen. Um die Cellulosefasern winden sich zum anderen Fäden von Hemicellulose und Lignin. Beide Molekülketten sind an zahlreichen Stellen mit der Cellulose fest verbunden. Die Hemicellulose- und Ligninfasern speichern das Wasser, das die Zellwand aufnimmt, wie in einem Schwamm. Die Mischung der beiden Komponenten quillt auf und weitet die Cellulosebündel. „Wie viel Wasser die Zellwand aufnehmen kann, hängt entscheidend von den Kräften ab, die dabei wirken“, sagt Luca Bertinetti. Daher haben er und seine Kollegen in ihrem Modell eine Bilanz der wichtigsten Kräfte aufgestellt.

Den größten Beitrag leistet die Hydratationskraft: Sie schiebt die Cellulosefasern auseinander, weil sich die Wassermoleküle gerne auf den wasseranziehenden Fasern der Cellulose und der Hemicellulose anlagern. Der Beitrag der Hemicellulose wird zwar dadurch aufgehoben, dass die Ligninfasern Wasser abstoßen. Unterm Strich bleibt aber die anziehende Wirkung der Cellulose, die einen Sog erzeugt.

Holz berechenbarer gemacht

Es gibt jedoch auch Kräfte, die das Quellen des Holzes eher behindern. Auch diese haben Luca Bertinetti und seine Kollegen in ihrer Formel berücksichtigt. Forscher, die neue Holzschutzmittel entwickeln, könnten genau davon profitieren, dass sich nun erstmals eine Bilanz aller wichtigen Kräfte, die bei der Wasseraufnahme wirken, aufstellen lässt.

„Holzingenieure können nun nämlich berechnen, wie es sich auf die Quellfähigkeit des Holzes auswirkt, wenn sie einzelne Kraftbeiträge in dieser Bilanz verändern“, so Bertinetti. So können sie mithilfe der Formel abschätzen, wieviel Wasser Holz noch aufnimmt, wenn sie etwa die Hydratationskraft schwächen. Diese lässt sich durch wasserabstoßende Substanzen auf die Cellulose oder Hemicellulose verringern. „Früher musste ein Holzingenieur durch Versuch und Irrtum testen, wie verschiedene Holzbehandlungen die Wasseraufnahme beeinflussen“, sagt Luca Bertinetti. Die Potsdamer Forscher haben mit ihrem Beitrag das Holz also ein gutes Stück weit berechenbarer gemacht.

Ob an der Fischtheke im Supermarkt oder im Restaurant: Wer Fisch essen will, muss darauf vertrauen können, dass die Angaben auf der Verpackung oder der Speisekarte korrekt sind. Heißt: wer Heilbutt bestellt, sollte keine Flunder vorgesetzt bekommen. Für die meisten Verbraucher ist das jedoch nicht so leicht erkennbar. Einer Studie zufolge sind in Europa durchschnittlich 4,9 Prozent, in Deutschland bis zu 6,2 Prozent aller angebotenen Fische falsch beschriftet. Die Gefahr: fehlerhafte Angaben können im schlimmsten Fall beim Konsumenten zu gesundheitlichen Beschwerden führen. Aber nicht nur das. Verbraucher, die auf Nachhaltigkeit setzen, um beispielsweise eine Überfischung zu verweiden, werden hier in die Irre geführt.

Seit 2002 müssen innerhalb der Europäischen Union daher alle Fischprodukte – ob Frischfisch oder Konservenware - eindeutig deklariert sein. So muss nicht nur die Bezeichnung des Fisches exakt angegeben werden. Auch Produktions- und Fangmethode, das Fanggebiet und die wissenschaftliche Artenbezeichnung müssen auf dem Etikett genannt sein.

Irreführende Beschriftung bei Fischprodukten

In der Praxis sieht es jedoch teilweise anders aus, wie Wissenschaftler von Senckenberg am Meer in Wilhelmshaven jetzt herausfanden. „Von den untersuchten Proben waren gut 10 Prozent falsch oder irreführend beschriftet“, berichtet Studienleiterin Babett Günther. 118 Fisch- und Meeresfrüchte-Produkte hatte das Team dafür überprüft. Untersucht wurden nicht nur frischer und eingelegter Fisch, sondern auch Fischkonserven sowie Tiefkühlprodukte und Tiernahrung. Im Visier der Senckenberg-Forscher standen sowohl Produkte die im Nordwesten des Landes im Supermarkt als auch beim Fischhändler um die Ecke angeboten wurden.

DNA-Barcode deckt Fehler auf

Um den Inhalt der Ware mit den Angaben auf den Etiketten zu vergleichen, nutzen die Senckenberg-Forscher das sogenannte DNA-Barcoding. Ähnlich dem bekannten Strichcode bei Lebensmitteln, wurde hier mittels genetischem Identifizierungs-Code verschiedene Fischprodukte mit bekannter DNA verglichen.

Wie das Team im Fachjournal "Food Control" berichtet, wurden die Falschbeschriftungen in zwei Kategorien unterschieden: Zum Einen Meerestiere, die einer anderen Gattung angehören und zum Anderen jene, die derselben Gattung, aber unterschiedlichen Arten zuzuordnen sind. „In Kategorie 1 fällt beispielsweise der Verkauf von Fischen in einem lokalen Fischgeschäft, die als ‚Heilbutt’ (Hippoglossus hippoglossus) gekennzeichnet wurden, aber laut unseren DNA-Analysen zur deutlich kostengünstigeren und unbedrohten Gattung des ‚Schwarzer Heilbutts’ (Reinhardtius hippoglossoides) gehören.“

Angaben beeinflussen Kaufentscheidung

Beim gleichen Fischhändler entdeckten sie einen als Buttermakrele beschrifteter und angebotenen Fisch, der etwas komplett anderes war. Mithilfe des DNA-Barcodings konnte das Fleisch nämlich dem Ölfisch Ruvettus pretiosus zugeordnet werden. Der Fisch ist zwar essbar. Aber, die enthaltenen Öle können Magen-Darm-Beschwerden, Krämpfe und Kopfschmerzen verursachen. „Der Verbraucher soll die Möglichkeit haben, beim Kauf nachhaltige sowie gewissenhafte Entscheidungen zu treffen“, betont die Molekularbiologin.

Supermarkt-Produkte sind exakter beschriftet

Das Ergebnis des Ladenchecks war für das Wilhelshavener-Team dann doch unerwartet. Den der Fischhändler um die Ecke schnitt keinesfalls besser ab. „Überrascht hat uns, dass die Etikettierung in Supermärkten exakter ist als bei den vermeintlichen Profis in den Fischläden“, sagt Babett Günther.

In 81 Prozent aller Fälle konnten die Fischarten mittels des DNA-Barcodings den Produkten eindeutig zuordnet werden. Doch die Identifizierungsmethode hat leider auch Grenzen, wie Günther berichtet. „Bei Produkten mit vielen verschiedenen Zusatzstoffen, wie Thunfischpizza oder Katzenfutter, ist es schwierig die verwendeten Fische einer Art zu zuordnen, da deren DNA-Signale von anderen tierischen Inhaltsstoffen überlappt werden. Bei diesen Produkten muss mit zusätzlichen genetischen Methoden gearbeitet werden“. Trotz dieser Einschränkung hat sich das DNA-Barcoding nach Überzeugung der Senckenberg-Forscher bei der Lebensmittelanalyse bewährt und bietet darüber hinaus noch viel Potenzial.

Der Maiszünsler (Ostrinia nubilalis) ist eine der gefährlichsten Maisschädlinge weltweit. Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen FAO schätzt, dass die Raupen des Falters jährlich etwa 4 Prozent des Maisanbaus vernichten. Das Problem: Die Larve frisst sich am Stengel entlang, wodurch die Maispflanze an Standfestigkeit verliert und in der Entwicklung gehemmt wird, was sie wiederum für Krankheiten wie Schimmelbefall anfällig macht. Im schlimmsten Fall ist der Mais danach als Nutz- und Futterpflanze nicht mehr zu gebrauchen und kann nur noch zur Biogas-Herstellung genutzt werden. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie hat das Verhalten des Maisschädlings genauer unter Lupe genommen. Gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Amsterdam und der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften ging die Jenaer Gruppe um David Heckel der Frage nach, wie der Lockruf der kleinen Schmetterlinge funktioniert.

Wie Mottenweibchen ihre Partner locken

Mottenweibchen produzieren ein Sexualpheromon, mit denen sie die Männchen ihres "Clans" aus großen Entfernungen anlocken können. Beim Maiszünsler unterscheidet man aber zwischen E- und Z-Stämmen. Die Wissenschaftler wollten nun wissen, wie genau die männliche Motte die richtige Partnerin findet, wenn zwei sich ähnelnde weibliche Motten mit ihren Pheromonen locken.

Gehirn steuert Partnerwahl

Wie die Forscher im Fachjournal "PNAS" berichten, wird die Partnerwahl beim männlichen Maiszünsler nicht über das Geruchsorgan, sondern durch Veränderungen im Gehirn der Männchen gesteuert. „Dieses Ergebnis passt zu unseren früheren Studien, die zeigen, dass E- und Z-Männchen unterschiedliche Verbindungen zwischen dem Gehirn und Neuronen, die Pheromonrezeptoren beherbergen, aufweisen, erklärt Teun Dekker von der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften in Alnarp.

Die Geruchsorgane der männlichen Motten sind mit ganz außergewöhnlich empfindlichen Sinneshärchen ausgestattet, die wie Antennen die weiblichen Duftstoffe spüren. Neuronen aktivieren hier die Pheromonrezeptoren, wenn einzelne Duftkomponenten der ausgesendeten weiblichen Pheromone an diesen andocken. Bisher war allerdings unklar, wie es möglich ist, dass ein ganz bestimmter Pheromonrezeptor von nur einem einzelnen Duftstoff aktiviert werden kann.

Isomer-Stämme bestimmen Verhalten

Durch die Kreuzung der Stämme E und Z im Labor und durch die Kartierung der Gene, die für die männliche Pheromonvorliebe zuständig sind, konnten die Wissenschaftler schließlich nachweisen, dass die Pheromonrezeptoren bei der Partnerwahl kaum eine Rolle spielen. Die Vorliebe der Zünslermännchen für die Weibchen des gleichen Stamms wird vielmehr von ihrem Gehirn gesteuert. Anhand von Verhaltensstudien und Genanalysen konnten sie zeigen, dass hier Gene, die das Wachstum und die Entwicklung von Nervenzellen regeln, die Mottenmännchen auf die unterschiedlichen Isomer-Anteile reagieren lässt.

Die Forscher vermuten daher, dass die Weibchen der E- und Z-Stämme für die Männchen der beiden Stämme zwar gleich riechen, die unterschiedliche Verarbeitung der E- oder Z-dominierten Pheromone im Gehirn aber unterschiedliche Reaktionen auslöst. „Nachfolgende Studien zum winzigen und dennoch hochkomplexen Mottenhirn sollen jetzt weiteren Aufschluss darüber geben, wie sich die unterschiedlichen Pheromonsysteme tausender Mottenarten im Laufe der Evolution verändert und angepasst haben“, fasst David Heckel zusammen. Denn ein grundlegendes Verständnis der Pheromonkommunikation könnte – davon sind die Forscher überzeugt– zu einer besseren Schädlingskontrolle beitragen.

Mit der „Nationalen Nachhaltigkeitsstrategie“ hat die Bundesregierung den Weg geebnet und Förderprogramme aufgelegt, um die Entwicklung biobasierter Produkte voranzutreiben. Autos, die mit Biodiesel oder Bioethanol fahren, Kinderspielzeug und Plastiktüten aus Maisstärke sind nur einige Beispiele. Doch unproblematisch ist der Wandel von einer erdölbasierten hin zu einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaft nicht. Vor allem auf dem Feld der Erneuerbaren Energien zeigte sich früh, dass etwa die zunehmende Verarbeitung von Palmöl, Mais oder Weizen zu Biokraftstoffen negative soziale Auswirkungen vor allem im Süden der Erdkugel hat.

Steigende Nahrungsmittelpreise treffen besonders die Armen; wachsende Plantagen zerstören nicht nur Wälder und verbrauchen viel Süßwasser, sondern verstärken auch die Verdrängung ländlicher Gruppen und die Konzentration von großen Landflächen auf einige Wenige. Wie auch die kürzlich erschienene WWF-Studie zum Palmöl unterstreicht, gilt es, die globalen Auswirkungen des gesellschaftlichen Wandels zur Bioökonomie im Blick zu behalten, um nationale Förderstrategien korrigieren zu können.

Nachwuchsforschergruppe in Jena

Die Auswirkungen der Bioökonomie auf globale soziale Ungleichheiten will in den kommenden fünf Jahren die Soziologin Maria Backhouse mit ihrer Nachwuchsforschergruppe an der Friedrich-Schiller-Universität Jena speziell für den Energiesektor ausloten. „Wir gehen davon aus, dass keine gesellschaftlichen Veränderungen – das betrifft auch Technologieentwicklungen – im luftleeren Raum stattfinden. Vielmehr sind sie von sozialen Ungleichheitsverhältnissen von der globalen bis zur lokalen Ebene durchdrungen. Deshalb untersuchen wir, wie sich der Transformationsprozess zur Bioökonomie auf die ungleichen Nord-Süd-Verhältnisse im globalisierten Agrarsektor, aber auch auf die lokalen Arbeitsverhältnisse und Landzugangsrechte auswirkt. Konkret fragen wir: Wer profitiert und wer verliert?“, so Backhouse.

Das Projekt „Bioinequalities“ wird mit rund 2,6 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“ unterstützt.

Stellschraube zur gesellschaftlichen Transformation

„Der Energiesektor ist eine wichtige Stellschraube zur gesellschaftlichen Transformation und dementsprechend hart umkämpft“, sagt Backhouse. Es handele sich um einen Bereich, der demokratisch und gerecht gestaltet werden könne. „Umso wichtiger ist es aus einer globalen Ungleichheitsperspektive zu verstehen, welche sozialen Auswirkungen der aktuell wachsende Bioenergiesektor hat.“

Die promovierte Umweltsoziologin beschäftigt sich seit vielen Jahren mit Biokraftstoffpolitiken. Das Thema wurde in der Vergangenheit nicht nur hierzulande kontrovers diskutiert. Auch die Forschungsergebnisse variieren. Diese unterschiedlichen Ergebnisse wollen die Jenaer Nachwuchsforscher zunächst systematisch aus einer Ungleichheitsperspektive auswerten als Basis für die nachfolgende Feldarbeit.

Fallstudien auf drei Kontinenten

Grundlage der Untersuchung bilden Fallstudien zu Deutschland, Brasilien sowie Malaysia und Indonesien, die starke Player auf dem Bioenergiesektor sind und über jeweils eigene Bioökonomiestrategien verfügen. „Das sind regional verankerte Studien, die die Veränderungen von Arbeits- und Landzugangsverhältnissen untersuchen. Diese werden wir mit drei Studien zu globalen Nord-Süd-Zusammenhängen verzahnen. Darin geht es um politische Partizipation in Zertifizierungsinitiativen, um Technikentwicklung sowie Handel und Investitionen“.

Das Besondere: Das sechsköpfige Team blickt über Ländergrenzen hinweg. „Wir wollen nicht nur herausfinden, was auf lokaler Ebene passiert, sondern Regionen zusammendenken und ihr Wechselverhältnis zueinander im globalen Kontext verstehen lernen“, sagt Backhouse. Der Fahrplan der Forscherin: Die Beziehungen und Verflechtungen zwischen den Hauptproduktionsländern analysieren und mit den einzelnen Fallstudien zu Landzugangs- und Arbeitsverhältnissen verknüpfen.

Beitrag für den bioökonomischen Wandel

Wie haben sich beispielsweise in Brasilien, Malaysia und Indonesien die Landzugangs- und Arbeitsverhältnisse der Menschen sowie Handel und Investitionen durch den Palmölanbau verändert? Welche Wissens- und Technologiezentren sind dort entstanden, wie stehen die unterschiedlichen Akteure aus Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft zu Zertifizierungsinitiativen und inwieweit konkurrieren diese Länder bei der Technikentwicklung oder im Handel? So klar wie ihre Fragen definiert sind, ist auch das Ziel der Forscher. Backhouse: „Wir wollen mit unseren Ergebnissen einen Beitrag zur Gestaltung der Bioökonomie leisten.“

Autorin: Beatrix Boldt