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Haustiere haben in der Regel einen Namen. Dass die Namensgebung auch in der Nutztierhaltung funktioniert, haben Forscher vom Leibniz-Institut für Nutztierhaltung jetzt bei Schweinen bewiesen. In der Experimentieranlage in Dummersdorf wurden Sauen mit jeweils eigenen Namen vertraut gemacht und marschierten erst nach namentlichem Aufruf zum Futtertrog. Diese Art der Fütterung vermeidet Stress und soll bald schon in bundesdeutschen Schweineställen Alltag sein. Die Weiterentwicklung des erfolgreich getesteten Aufrufsystems wird mit 253.000 Euro vom Bundeslandwirtschaftsministerium gefördert.

Massentierhaltung bedeutet in der Regel Stress für das Tier. Vor allem das Drängeln am Futtertrog sorgt buchstäblich für Chaos im Schweinestall. Aber es geht auch anders. Im Experimentierstall der Nutztierbiologen vom Dummersdorfer Leibniz-Institut geht es durchaus geordnet und stressfrei zu. Der Grund: Ein Aufrufsystem managt das Leben im Schweinestall. Das heisst: jedes Tier hat einen Namen und hört auf ihn. Nach zwei bis drei Wochen Dressur trotteten die Säue Beate, Susi und Auguste gemächlich nach einander zum Trog, sobald ihr Name aufgerufen wurde. Nun soll das Projekt „Füttern nach Plan“ auch in anderen Ställen Schule machen. „Die bisherigen Ergebnisse zeigen eindrucksvoll, dass Technik einen erheblichen Beitrag zur Verbesserung des Tierwohls in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung leisten kann“, so Clemens Neumann vom Bundesminsterium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) bei der Übergabe des Förderbescheids. Mit 253.000 Euro wird die Weiterentwicklung des vielversprechenden Aufrufsystems von der Deutschen Innovationspartnerschaft Agrar (DIP) gefördert.

Weniger Stress am Futtertrog

Zwölf Jahre forschten und testeten die Dummersdorfer Wissenschaftler das neue Verfahren. Sie sind überzeugt: Der namentliche Aufruf von Schweinen zur Fütterung kann erheblich dazu betragen, unerwünschte Stresssituationen am Futtertrog zu verhindern, Krankheiten frühzeitig zu erkennen und das Tierwohl insgesamt zu verbessern. Bei der Aufruffütterung handelt es sich um die Weiterentwicklung der elektronischen Futterstationen, die zur Versorgung von in Gruppen gehaltener trächtiger Sauen zum Einsatz kommt. Hier werden bis zu 60 Tiere zentral nacheinander versorgt. Über Ohrmarkentransponder können sich die trächtigen Tiere Futteranteil „abholen“.

Tiere auf Namen dressiert

„Unsere Weiterentwicklung setzt im Gegensatz dazu auf ein Futtermanagement per Aufruf, das heißt, die Sauen werden mit ihrem Namen zur Futteraufnahme aufgerufen. Das Verfahren der Aufruffütterung basiert auf einer automatisierten Konditionierung der trächtigen Sauen, also dem Training auf einen Namen, das ca. zwei bis drei Wochen dauert“, erläutert der Leiter des Instituts für Verhaltensphysiologie am FBN, Birger Puppe. Hier lernen die Tiere, auf ein individuelles Signal zu reagieren und sich der Futterstation zu nähern. „Der wesentliche Effekt des Aufrufverfahrens ist die Vermeidung von Futterkämpfen in der Sauengruppe sowie das Setzen von Beschäftigungsanreizen“, erklärt der FBN-Projektleiter Christian Manteuffel.

Erste Tests auch im Kuhstall

Vor allem vom Einsatz des Verfahrens bei der Haltung von großen Tierbeständen rechnen die Forscher mit einem echten Mehrwert für den Halter. „Bei der Aufruffütterung wird dieser Mehrwert durch die Möglichkeit geschaffen, mit gesünderen Tieren länger arbeiten zu können. Die Langlebigkeit der Sauen wird dadurch für die Halter zu einem Faktor von direktem wirtschaftlichem Interesse“, so Manteuffel. Die Rostocker pironex GmbH wird im Rahmen des Projektes das Aufrufsystem zu einem kostengünstigen Seriengerät fertigen. Das System wird auch bei der Haltung von Kühen erprobt.

Bäume und Sträucher auf Ackerflächen oder Weideland sind charakteristisch für sogenannte Agroforstsysteme. Diese Art der mehrschichtigen Landnutzung ist zwar nicht neu. In Mitteleuropa gilt Frankreich als Vorreiter. Dagegen steckt Deutschland noch im Versuchsstadium fest. Ob diese Form der Landwirtschaft nachhaltig ist und welche Folgen diese auf den Boden haben, ist für Deutschland noch nicht systematisch untersucht. Diese Lücke wollen Göttinger Bodenforscher nun in einem neuen Projekt schließen. Drei Millionen Euro stellt das Bundesforschungsministerium dafür bereit.

Grüne Pappeln oder Sträucher durchziehen in mehreren Reihen das Getreidefeld. Während der Mähdrescher die goldenen Ähren jedes Jahr abmäht, bleiben Bäume und Hecken noch Jahre stehen. Die Kombination von Gehölzen mit landwirtschaftlicher Nutzung wird seit rund 30 Jahren in Ländern mit gemäßigtem Klima sowie am Mittelmeer praktiziert. Der Vorteil dieser multifunktionalen Landnutzung: Im Vergleich zu Monokulturen kann unter einer agroforstlichen Bewirtschaftung durch eine verbesserte Ausnutzung von Nährstoffen und Wasser ein Mehrertrag von bis zu 40 Prozent erzielt werden. Bäume und Sträucher dienen zudem als Windschutz und Schattenspender sowie als Wasser- und Erosionsschutz.

Basis für Agrofortstwirtschaft in Deutschland schaffen

In Deutschland ist die Agroforstwirtschaft jedoch noch nicht verbreitet, nicht zuletzt vor dem Hintergrund, weil der Nutzen für hiesige Verhältnisse noch nicht ausreichend untersucht ist. Mit dem neuen Verbundbprojekt „Sustainable intensification of agriculture through agroforestry (SIGNAL)“ unter Federführung der Universität Göttingen soll diese Lücke nun geschlossen werden.

Millionen für Verbundprojekt

In den nächsten drei Jahren werden neue, speziell an die Bedürfnisse mitteleuropäischer Regionen angepasste agroforstliche Anbausysteme untersucht, die der herkömmlichen Landwirtschaft sowohl ökonomisch als auch ökologisch überlegen sind. Das Projekt wird im Rahmen des Programms „BonaRes – Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 2,7 Mio. Euro gefördert. Koordiniert wird das Vorhaben von Bodenforschern an der Universität Göttingen.

Kurzumtriebsplantagen auf den Grund gehen

Dafür werden die Wissenschaftler vier Acker- und drei Grünlandflächen im nord-ostdeutschen Raum ins Visier nehmen, auf denen so genannte Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln und Weiden zur Gewinnung von Energieholz angebaut wurden. Bundesweit gibt es vier Agroforstflächen, die zu Versuchszwecken genutzt werden - in der Thüringer Ackerebene, dem Rekultivierungsgebiet Lausitz und den Regionen Braunschweig und Göttingen. „Bislang fehlt es an einer systematisch vergleichbaren und längerfristigen Auswertung mit Blick auf die Ressource Boden. Deshalb bringen wir die Forscherteams, die an diesen Standorten bereits wertvolle Ergebnisse erarbeitet haben, erstmals in einem sorgfältig geplanten und abgestimmten Verbundprojekt mit einheitlichem experimentellem Design zusammen“, so Edzo Veldkamp von der Universität Göttingen, Sprecher des Verbundprojekts SIGNAL.

Welche Faktoren beeinflussen das Pflanzenwachstum? Antworten auf diese Fragen liefern neben dem Blick ins Erbgut von Nutzpflanzen vor allem Untersuchungen ihrer Gestalt und ihrer unmittelbaren Umgebung. Pflanzen vor Ort auf dem Acker vermessen, das ist jedoch noch immer sehr aufwendig. Bald schon könnte diese zeitintensive Arbeit ein Hightech-Fahrzeug übernehmen, das jetzt seinen ersten Feldtest erfolgreich bestanden hat. Die im Rahmen des Projektes PredBreed von verschiedenen Partnern entwickelte selbstfahrende Messplattform beruht auf einem ausgeklügelten Sensorsystem, das Daten erfasst, kombiniert und auswertet und somit eine wissensbasierte Züchtung verschiedenster Kulturarten erleichtern soll. Die Phänotypisierungsplattform namens BreedVision soll zunächst zur Züchtung einer Getreideart als Energiepflanze eingesetzt werden. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

Die hochgelegte Messstation ähnelt einem Traktor. Doch das vierrädrige Gefährt hat mehr als herkömmliche Agrarmaschinen zu bieten: Es ist ausgestattet mit hochsensibler und modernster Technik und kommt gänzlich ohne Fahrer aus. Bei „BreedVison“ handelt es sich eine Phänotypisierungsplattform, die bisher weltweit einmalig ist. Das Besondere: Mithilfe eines neuartigen Sensorsystems wird eine schnelle, nicht-invasive und präzise Phänotypisierung von Pflanzen im Feld möglich. Die Weltneuheit wurde im Rahmen des vom BMEL geförderten Projektes Predbreed seit 2012 von verschiedenen Partnern entwickelt. Daran beteiligt waren die Landessaatzuchtanstalt an der Universität Hohenheim, die Hochschule Osnabrück sowie die Unternehmen, Saatzucht Dr. Hege und HYBRO Saatzucht, Nordsaat Saatzucht und W. von Borries-Eckendorf der Saaten Union Gruppe. Koordinator des Forschungsprojektes war die Gemeinschaft zur Förderung von Pflanzeninnovation e. V. (GFPi)

Präzise Vorhersage mit sensorbasierten Messdaten

Im Zusammenhang mit der Zucht von Pflanzen zur Biomasseproduktion sind exakte Messdaten Voraussetzung, um das Verfahren wirtschaftlich zu machen. Mit Breedvision haben die Wissenschaftler nun eine Präzisionsphänotypisierungsplattform entwickelt, die den Phänotyp verschiedener Zuchtstämme im Feldversuch zerstörungsfrei erfassen kann. Dafür entwickelten sie einen Multifunktions-Geräteträger mit zahlreichen Sensoren, die sowohl morphologische als auch Daten zu den Inhaltsstoffen der Pflanzen erheben können.

Rückschlüsse zum Feuchte- und Trockengehalt der Pflanze

So erstellen Lichtgitter eine Art Schattenbild der Parzellen, aus denen sich indirekt die Pflanzenhöhe und -dichte bestimmen lässt, und mit einer Hyperspektralkamera kann man über den Feuchtegehalt der Pflanzen Rückschlüsse auf deren Trockenmassegehalt ziehen. Weitere verwendete Sensortypen sind u.a. Laserdistanzsensoren, Time-of-flight-Kameras und Multireflex-Ultraschallsensoren. Die Innovation liegt jedoch in der Bündelung der Sensordaten, die jeweils mit einem Zeit- und Positionsstempel versehen sind und so zur Vorhersage von Zielmerkmalen wie den Jahreeffekt genutzt werden.

Triticale als neue Energiepflanze nutzen

Das Projekt PredBreed wird darüberhinaus auch einen Beitrag zur Entwicklung eines Zuchtprogramms für die relativ neue Getreideart Triticale - eine Kreuzung aus Weizen und Roggen – als Energiepflanze leisten. Hierfür wollen die Wissenschaftler das Potenzial der genomischen Selektion zur Vorhersage der Biomasse erforschen und bis 2017 eine Trainings- und eine Validierungspopulation mit über 1.000 Bioenergie-Triticale-Zuchtstämmen aufbauen und diese mit genomweiten molekularen Markern genotypisieren. Kombiniert mit den mittels der Phänotypisierungsplattform erhobenen Daten können dann biometrische Modelle getestet werden, die es erlauben, den Zuchtwert der Triticale-Zuchtstämme zu schätzen, um diese zukünftig anhand der genotypischen Daten frühzeitig selektieren zu können.

Durch Domestikation wurden Wildpflanzen in kultivierbare Formen verwandelt. Durch diese Anfänge der Züchtung wurde der Ackerbau und Sesshaftigkeit möglich. Das geschah vor etwa 10.000 Jahren im Nahen Osten – dem sogenannten fruchtbaren Halbmond, einer Region, die sich sichelförmig von Israel über Syrien, die Südosttürkei bis in den Nordirak und -iran erstreckt. Hier wurden unsere heutigen Getreidearten aus Wildgräsern gezüchtet. Allen voran die Gerste. Ein internationales Wissenschaftlerteam unter Leitung japanischer Forscher und unter maßgeblicher Beteiligung von Forschern des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben, hat nun die molekulargenetischen Grundlagen des wichtigsten Domestikationsmerkmals der Gerste – die Spindelfestigkeit – aufklären können. Die Forscher berichten im Fachjournal Cell (2015, Bd. 162, S.527).

Die Wildform der Gerste ist bei der Ausbreitung ihrer Nachkommenschaft darauf angewiesen, dass die Ähre zum Zeitpunkt der Samenreife auseinander fällt und dadurch alle Körner unabhängig voneinander verbreitet werden können. Dieses Merkmal macht eine effiziente Ernte des Korns allerdings unmöglich. Seit Beginn der landwirtschaftlichen Nutzung der Gerste wurde daher Saatgut von Pflanzen, die eine stabile Ährenachse aufwiesen, bevorzugt. Auf diese Weise wurde die Urform der Kulturgerste mit einer entsprechend höheren Spindelfestigkeit domestiziert.

Begehrtes Merkmal: eine stabile Ährenachse

In Cell berichten die Forscher, dass zwei chromosomal eng benachbarte Gene unabhängig voneinander durch spontane genetische Veränderung (Mutation) ihre Wirkung verloren, wodurch eine stabile Ährenachse ausgebildet wird. Das Team von Jochen Kumlehn konnte durch Hinzufügen nichtmutierter Genvarianten aus Wildgerste in eine heutige Kulturgerste den Beweis dafür führen. Für eines dieser beiden Gene wurde die ursprüngliche, nichtmutierte Variante in einer Wildgerstenpopulation aus Israel identifiziert, womit der wahrscheinliche Ursprungsort der Domestikation der Gerste eingegrenzt werden konnte. Jedes der beiden identifizierten Gene bewirkt in reinerbig mutierter Form einen Verlust der Ährenspindelbrüchigkeit. Interessanterweise kam es durch die Ausbreitung des Ackerbaus nach Westen (Europa) bzw. Osten (Asien) zu einer Auftrennung von Kulturformen deren Ährenfestigkeit entweder auf dem einen oder dem anderen Gen beruht.

Erklärung für spindelbrüchige Nachkommen in heutigen Züchtungen

„Deshalb“, so Nils Stein „kommt es heutzutage in der Pflanzenzüchtung durchaus vor, dass bei der Kreuzung west-europäischer Gerstensorten mit solchen aus Ostasien spindelbrüchige Nachkommenschaften entstehen“.Diese bahnbrechenden Ergebnisse des internationalen Forscherteams helfen, die Domestikationsgeschichte unserer heutigen Getreidearten besser zu verstehen. Auf dieser Grundlage ist es etwa möglich, zu untersuchen ob in den anderen, nahe verwandten Getreidearten Weizen und Roggen dieselben Gene eine Veränderung durchliefen oder andere Faktoren an der Herausbildung der Spindelfestigkeit beteiligt waren

Regensburger Forscher haben zusammen mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston Nanopartikel entwickelt, die Schadstoffe aus Wasser und Erdreich absorbieren können. Die Partikel selbst sind biologisch abbaubar. Nach dem Gebrauch lassen sie sich relativ einfach beseitigen, da sie verklumpen, wenn man sie UV-Licht aussetzt. Über ihre Erfindung berichten sie im Fachjournal Nature Communications (2015, Online-Veröffentlichung).

Der Kontakt mit bestimmten Chemikalien, z.B. mit Pestiziden oder Arzneimittelrückständen, steht im Verdacht, die Entwicklung von Krankheiten wie Krebs oder Diabetes zu begünstigen. Zwar ist die Möglichkeit, Nanopartikel zur Reinigung von kontaminiertem Wasser oder Erdreich einzusetzen, schon länger bekannt. Allerdings gibt es erhebliche Vorbehalte gegen diese Technologie, da die Nanopartikel nach ihrem Einsatz häufig in der Umwelt verbleiben und die Bildung von giftigen Nebenprodukten nicht ausgeschlossen werden kann. Deshalb ist es besonders wichtig, Wege zu finden, um die Nanomaterialien nach ihrem Einsatz einfach und effektiv zu entfernen.

Auf Licht-Kommando verklumpen die Partikel

Ferdinand Brandl vom Institut für Pharmazie der Universität Regensburg hat gemeinsam mit Rob Langer vom MIT neuartige Nanopartikel, sogenannte amphiphile Diblock-Copolymere entwickelt. Sie können die Chemikalien aus kontaminiertem Wasser und Erdreich binden. Nach der Behandlung mit UV-Licht verlieren die Nanopartikel ihre stabilisierende Hülle und vereinigen sich zu Klumpen, die mit den Schadstoffen angereichert sind und die einfach zu beseitigen sind. Das System kombiniert somit das hohe Absorptionsvermögen von Nanopartikeln mit einem einfachen Weg zur Entsorgung der Abfälle.Erste Experimente mit Abwasser, Thermopapier und kontaminiertem Erdreich waren sehr vielversprechend und haben gezeigt, dass bei dem neuen Verfahren keine giftigen Nebenprodukte entstehen. Es erlaubt somit die künftige Entwicklung von risikoarmen und hochaktiven Materialien für die Abwasserbehandlung und die Sanierung von kontaminieren Böden.

Ob im Garten, auf Feldern und Wiesen oder im tropischen Regenwald: Regenwürmer sind überall zu finden. Auch wenn sie nicht jeder mag, die Tiere leisten einen enorm wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Böden. Denn Regenwürmer ernähren sich auch von giftigen Stoffen, die sie aus totem Pflanzenmaterial ziehen. Max-Planck-Forscher aus Bremen fanden nun heraus, wie sich die Würmer gegen gefährliche Bestandteile ihrer Kost schützen. Ihre Studie ist im Fachjournal Nature Communications (2015, Online-Veröffentlichung) erschienen.

Was Pflanzen zum Schutz gegen Frassfeinden dient, ist für Regenwürmer ein überlebenswichtiger Nahrungsbestandteil: Polyphenole. Die Stoffe wirken als Antioxidantien und sind für die Farbgebung der Pflanze verantwortlich. Gleichzeitig sind Polyphenole für viele Pflanzenfresser nur schlecht bekömmlich, weil sie deren Verdauungsprozesse blockieren. Für Regenwürmer machen die giftigen Pflanzenstoffe einen großen Anteil ihrer Nahrung aus. Doch wie gelingt es ihnen, die Polyphenole zu verdauen, ohne Schaden zu nehmen? Dieser Frage sind Forscher vom Bremer Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie auf den Grund gegangen. Das Team um Manuel Liebeke identifizierte dabei im Darm der Regenwürmer Moleküle, die dem Wurm als schützendes Gegenmittel dienen. Die sogenannten Drilodefensine setzen danach die pflanzlichen Abwehrstoffe außer Gefecht und kurbeln so die Nahrungsverdauung an.

Schutzmolekül setzt Giftstoffe außer Gefächt

„Es gibt weltweit eine Menge von diesen Wirkstoffen, weil es sehr viele Regenwürmer gibt, teilweise bis zu 300 pro Quadratmeter. Die Gesamtmasse der Drilodefensine ist beträchtlich, verteilt auf die Weltbevölkerung ungefähr ein Kilogramm pro Mensch“, erklärt Manuel Liebeke. Liebeke und sein Team stellten fest: Je mehr Polyphenole in der Nahrung der Würmer stecken, desto mehr Drilodefensin wird im Regenwurmdarm gebildet. Der Studie zufolge umhüllt das Schutzmolekül Drilodefensin die Nahrungseiweiße und Enzyme im Wurmdarm und verhindern so, dass die Polyphenole daran binden können. Anderenfalls würden die pflanzlichen Polyphenole auch den Darm des Wurmes schädigen.

Massenspektrometrie weist Schutzmolekül nach

Mittels Massenspektrometrie konnten die Forscher das Schutzmolekül im Darm der Würmer nachweisen und genau verfolgen, wo sich das Defensin ansammelte. Liebeke ist überzeugt, dass dieses neue bildgebende Verfahren MALDI-MS das Verständnis in der Biologie auf vielen Ebenen revolutionieren wird. „Wir sind nun in der Lage, fast jedes Molekül in einem Lebewesen wie dem Regenwurm zu lokalisieren. Und wenn wir wissen, wo sich das Molekül anreichert, hilft es uns dabei seine mögliche Funktion zu verstehen.“

Alte Fernseher, Handys oder Tablets gehören nicht in den Hausmüll, sondern müssen vorschriftsmäßig entsorgt werden. Der Grund liegt auf der Hand: Schadstoffe werden verbreitet und Ressourcen verschwendet. Nachwuchsforscher in Karlsruhe arbeiten nun an biologisch leicht abbaubaren Materialien, die auch zum Druck von Elektronikteilen geeignet sind. Diese Bioelektronik, so die Idee, könnte später einfach auf dem Biomüll entsorgt werden. Am Projekt „Biolicht“ sind auch Partner aus der Industrie beteiligt. Das Bundesforschungsministerium stellt 1,7 Millionen Euro zur Verfügung.

2 Millionen Tonnen Elektroschrott fallen jährlich in Deutschland an. Die Möglichkeit, Elektronik wie organische Leuchtdioden für Bildschirme jeder Art kostengünstiger zu drucken, hat den Wegwerftrend noch beflügelt. Denn Elektronik aus dem Drucker liegt im Trend und lässt Geräte wie Fernseher, Smartphones und Computer immer billiger werden. Eine Entwicklung, die den Verbraucher freut, Umweltschützer jedoch mit Sorgen verfolgen. Dem wollen junge Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie nun entgegenwirken. Geht es nach den Vorstellungen der Nachwuchsforscher, könnten Halbleiter und Farbstoffe bald schon aus biologisch leicht abbaubaren Materialien wie Pflanzenextrakten und Isolatoren aus Gelantine bestehen. „Diese sind zwar nicht so langlebig wie die anorganischen Alternativen, doch die Lebensdauer von Einwegelektronik überstehen sie schadlos“, sagt Gerado Hernandez-Sosa, der die Nachwuchsforschergruppe Biolicht leitet. Das Projekt wird über einen Zeitraum vom vier Jahren vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 1,7 Millionen Euro unterstützt. Projektpartner sind neben dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Unternehmen BASF SE, Merck, Heidelberger Druckmaschinen AG und SAP AG sowie die Universität Heidelberg .

Elektronik verrottet auf dem Kompost

Der Vorteil liegt auf der Hand: Ausgediente Elektronik aus biologisch abbaubarem Material könnte problemlos wie Kartoffeln- oder Bananenschalen in den Biomüll oder Kompost geworfen werden und dort verrotten. Für herkömmliche gedruckte Elektronik wie die in Fernseh- und Computerbildschirmen verwendeten organischen Leuchtdioden (OLEDs) könnte diese Entsorgungsmethode bald möglich sein. Noch besteht die Trägerfolie der OLEDs aus der gleichen Plastik, aus der Getränkeflaschen hergestellt sind. Die Nachwuchsforscher wollen dafür Naturstoffe wie Speisestärke, Zellulose oder Chitin einsetzen. Auf Metalle und Halbmetalle wie Silizium verzichten sie fast vollständig.

In drei Jahren zur Marktreife

Diese kompostierbare Trägerfolie wird – ähnlich wie Papier- mit elektronischen Bauteilen bedruckt. Die Funktion dieser Bauteile hängt von der dafür verwendeten Tinte ab. Anstelle von Farbpartikeln sind darin leitende, halbleitende oder nichtleitende, also isolierende, Materialien gelöst. Nach dem Auftragen trocknet das flüssige Lösemittel und die zurückbleibende Schicht bildet das entsprechende Bauteil.

Die Nachwuchsforscher von „Biolicht“ wollen dafür biologisch abbaubare Tinten entwickeln, die auf das neue Folienmaterial abgestimmt sind. Zugleich sollen die Tinten mit den in der Industrie bereits bestehenden Geräten gedruckt werden können. „Hersteller organischer Elektronik können so auf die umweltfreundlichen Materialien umsteigen, ohne ihr Druckerarsenal auszutauschen“, sagt Hernandez-Sosa. Doch zunächst müssen die Forscher umweltverträgliche Materialien finden, welche die erforderlichen elektrischen Eigenschaften besitzen. Geeignet wäre danach Hartgelantine, aus der Medikamentenkapseln bestehen. Auch muss die Tinte den druckfähigen Temperaturen standhalten, darf also werden zu flüssig noch zu dick sein. Denn die Dicke, die weniger als ein tausendstel Millimeter beträgt, darf maximal um fünf Prozent schwanken. Trotz der noch hohen Herausforderungen: Das Karlsruher Team ist zuversichtlich, dass in den nächsten drei Jahren die kompostierbare Elektronik marktreif ist.

PLA - auch als Polymilchsäure bekannt - ist derzeit der wohl aussichtsreichste Kandidat unter den biologisch abbaubaren Werkstoffen. Das Biomaterial ist vor allem aus der Kunststoffindustrie nicht mehr wegzudenken und verdrängt konventionelle Verpackungen zunehmend aus den Regalen. Viele PLA-Hersteller verwerten Biomasse, die auch für Lebensmittelzwecke genutzt werden könnte. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen haben nun gemeinsam mit internationalen Kollegen ein Verfahren entwickelt, das auf algenbasierte Abfälle setzt. Die hierdurch gewonnene Biofolie hat erste Praxistests bereits bestanden.

Joghurtbecher, Einkaufstüten, Cremedosen, Blumenfolie oder Kugelschreiber werden zunehmend aus Polymilchsäure hergestellt. Der Grund: die Milchsäuremoleküle sind auf Grund ihrer Eigenschaft leicht abbaubar. Sogar in der Medizintechnik hat sich der PLA-Werkstoff bei der Herstellung biokompatibler Implantate daher durchsetzt. Basierend auf landwirtschaftlichen Abfallprodukten wie Molke kommen auch Mais als Stärke-Substrat bei der PLA- Herstellung neben Milchsäure zum Einsatz. Die Lebensmittelindustrie ist somit der stärkste Konkurrent bei der PLA-Produktion.

PLA aus Algen mit Bananen- und Mandelschalen gestärkt

Materialforscher vom Fraunhofer-Institut „UMSICHT“ haben nun im Rahmen des von der Europäischen Kommission geförderten, internationalen Konsortiums Eclipse eine alternative Biomassequelle entdeckt: algenbasierte Biomasse, die bei der Biodieselproduktion anfällt. Aus den hierin enthaltenen Algen haben die beteiligten Forscher zunächst PLA extrahiert. Durch den Einsatz von nanoskaligen Fasern und Füllstoffen aus Bananen- und Mandelschalen oder Fischereiabfällen wie Chitin aus Krustentieren wurden dann die Eigenschaften des Materials noch einmal verbessert und daraus zwei biobasierte und zugleich bioabbaubare Kunststofffolien hergestellt. Zum einen handelte es sich um Agrarfolien und um Standbeutel-Verpackungen für Feuchttücher. Beteiligt waren Partner aus Chile, Kolumbien, Spanien, Deutschland, Belgien, Schweden und Großbritannien. Im Mai lief die Förderung durch die EU aus.

Fest,widerstandfähig und biologisch abbaubar

„Die Herstellung der homogenen Blasfolie erfolgte zuerst im Technikum von Fraunhofer UMSICHT und anschließend als industrieller Prozess auf einer konventionellen Blasfolienanlage für Folien aus Polyethylen beim Projektpartner Banacol in Kolumbien. Hier konnte erfolgreich eine bis zu 10 µm dünne Mono-Blasfolie bei einem Durchsatz von 100 kg/h produziert werden", erläutert Hendrik Roch von der Abteilung Biobasierte Kunststoffe beim Fraunhofer UMSICHT. Die Vorteile der Biofolie aus Algen: Das Material besitzt auf Grund der nanoskaligen Chitin-Schalen eine hohe Festigkeit sowie Flexibilität und ist daher sehr widerstandsfähig gegen Materialschädigungen. Auch aufgrund seiner antifungiziden Eigenschaften können daraus auch biologisch abbaubare Agrarfolien in industriellem Umfang hergestellt werden. Das milchig-transparente Material ist zudem UV-beständig und sogar bei Temperaturen, die sonst für Polyethylen-Folien üblich sind, zu verarbeiten. Einen ersten Praxistest hat die Biofolie aus Algen bereits bestanden: In Feldversuchen zur Reifung von Bananen wurde der Kunststoff auf zwei klimatisch unterschiedlichen Plantagen beim Projektpartner in Kolumbien eingesetzt.

Biofolie noch nicht konkurrenzfähig

Darüber hinaus testeten die Wissenschaftler, ob die PLA-basierte Biofolie auch als Standbeutel-Verpackung für Feuchttücher geeignet ist. Auch hier erwies sich das transparente Material als äußerst fest und undurchdringlich gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff. Außerdem konnte sie problemlos auf einer konventionellen Flachfolienanlage verarbeitet werden. „Das Material ist immer noch etwas steifer als beispielsweise konventionell eingesetzte PET/PE-Folien (Polyethylenterephthalat/ Polyethylen-Folien) für Standbeutel, generell stehen die Werkstoffeigenschaften der Biofolie denen der erdölbasierten Produkte aber in nichts nach“, fasst Roch zusammen. Noch ist die Biofolie allerdings nicht konkurrenzfähig. Auf Grund ihres hohen Energieaufwandes bei der Materialherstellung können die Gesamtkosten des Herstellungsprozesses zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht mit konventionellen fossilen Kunstoffen mithalten. Daran wollen die ECLIPSE-Forscher nun weiter arbeiten.

Ob Lebensmittelhersteller, Energiefirmen oder Kosmetikindustrie - Algen sind vielfältig einsetzbar und gewinnen zunehmend als Biomasselieferant an Bedeutung. Dass in Algen auch heilende Kräfte schlummern, zeigt eine aktuelle Studie der CRM- Coastal Research & Management GmbH aus Schleswig-Holstein. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Wirkstoffe der heimischen Braunalge Fucus vesiculosus das Wachstum von Krebszellen in der Bauchspeicheldrüse dämmen. Damit unterstreicht die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Studie das Potential der Algen als Medikamentenlieferant.

Ihr hoher Anteil an Proteinen und Kohlenhydraten hat der Alge den Ruf als gesunde Kost beschert. In Ländern wie Japan steht der Seetang traditionell auf jeder Speisekarte. In Deutschland ist die exotische Kost noch eine Ausnahme. Ihr Potenzial als Biomasse gewinnt dagegen zunehmend an Bedeutung. In dem im Mai eröffneten Algenforschungszentrum in Jülich werden Auch im EU-Projekt „EnAlgae“ („Energetic Algae“) arbeitet ein internationales Team daran, die Entwicklung der Biomasseproduktion aus Algen voranzutreiben. In der Kosmetikindustrie haben sich Algenextrakte ebenfalls bereits durchgesetzt. Das auf Marine Biotechnologie spezialisierte Kieler Unternehmen oceanbasis nutzt seit mehreren Jahren die Wirkstoffe von Seegras zur Herstellung von Hautpflege- und Nahrungsmittelprodukten.

Heimische Braunalge als Krebstherapeutika

Am privaten Meeresforschungszentrum CRM, einem Schwesterunternehmen von oceanbasis, wurden Inhaltsstoffe aus heimischen Makroalgen nun auch auf ihre medizinische Wirkung untersucht. Dabei konnten die Forscher zeigen, dass sie offenbar eine wirksame Waffe gegen Krebs sein können. Dies geht aus einer Studie hervor, die im Rahmen des vom BMBF geförderten Verbundprojektes „Algen gegen Krebs“ durchgeführt wurde. Als Basis diente die in der Ostsee beheimatete Braunalge namens Fucus vesiculosus, deren therapeutische Wirkung mithilfe von mehreren Krebszellinien untersucht wurde. An dem vom CRM geführten Projekt waren neben Unternehmen wie oceanbasis auch Forscher von Universitäten aus Deutschland und Italien beteiligt. Über das Ergebnis der dreijährigen Forschungsarbeit berichtet das Team nun im Fachjournal Marine Drugs (2015, Online-Veröffentlichung).

Algenextrakt hemmt Krebswachstum

Demnach ist es den Wissenschaftler gelungen, die Wirkstoffe aus der Braunalge so aufzureinigen, dass sie das Zellwachstum verschiedener Zelllinien des aggressiven Bauchspeicheldrüsenkrebses (Pankreaskrebs) mit einem speziellen Wirkmechanismus eindämmt. Der verwendete Algenextrakt führte dazu, dass die Krebszellen vermehrt Enzyme produzierten, welche die Prozesse der Zellvermehrung behinderten. Das betraf insbesondere die sich stark vermehrenden Krebszellen - hingegen weniger die gesunden Zellen. Auch in Kombination mit bekannten Krebsmedikamenten zeigte der Algenextrakt der Studie zufolge eine hohe in-vivo-Wirksamkeit. Auf Basis der Ergebnisse sind die CRM-Forscher nun auf der Suche nach Partnern, mit denen die Algenextrakte als Wirkstoffe zur Behandlung von Bauchspeicheldrüsenkrebs weiterentwickelt werden können.

Ginster ist in Europa eine weitverbreitete Pflanze. Die leuchtend gelben Blüten sind das Markenzeichen des Strauchgewächses und die ersten Sommerboten. Doch auch weit weg vom beheimateten Territorium ist der Schmetterlingsblütler zu finden: im mediterranen Afrika genauso wie in West-Asien. Für diese und andere Pflanzen liefert nun ein Weltatlas erstmals einen globalen Überblick. Die Datenbank gibt an, welche Pflanzenarten sich wo angesiedelt haben und wo sie eigentlich beheimatet sind. Die Datenbank „Global Naturalized Alien Flora (GloNAF) wurde in vierjähriger Forschungsarbeit von einem internationalen Biologen-Team unter Leitung der Universität Koblenz und unter Mitwirkung von Göttinger Nachwuchsforschern zusammengestellt. Mit Hilfe der Daten kann nun vorhergesagt werden, welche Pflanzenarten wo besonders dominant werden könnten. Die beteiligten Forscher berichten darüber im Fachjournal Nature (2015, Online-Veröffentlichung).

Pflanzen wie der Steckginster (Ulex europaeus) mit seinen typisch gelben Blüten prägen das Bild heimischer Wiesen und Felder. Doch auch in Neuseeland gehören die leuchtend gelben Felder seit langem zum Landschaftsbild. Wie der in Europa beheimatete Stechginster sind auch andere zahlreiche Pflanzenarten inzwischen weit weg von ihrem ursprünglichen Territorium zu finden. Mithilfe der ersten globalen Datenbank, der „Global Naturalized Alien Flora“ (GloNAF) konnten Forscher mindestens 13.168 Pflanzenarten identifizieren, die heute außerhalb ihres heimischen Lebensraums sesshaft sind. Das entspricht 3,9 Prozent der Flora weltweit.

Weltkarte zu eingewanderten Pflanzen

Die Datenbank ist eine internationale Gemeinschaftsarbeit, an der Wissenschaftler von 83 Forschungseinrichtungen beteiligt waren. Unter der Leitung von Mark van Kleunen von der Universität Konstanz wurden hier Daten aus 481 Festlandgebieten und 362 Inseln - dies entspricht rund 83 Prozent der weltweiten Landfläche - zusammen getragen. „Die größte Herausforderung bestand darin, die Namen der Pflanzenarten zu standardisieren. Sie beschreibt, wo sich fremde Pflanzenarten weltweit ausgebreitet haben und wo sie herkommen“, berichtet van Kleunen.

Europa ist Pflanzen-Exporteur Nr. Zwei

Im Fachjournal Nature berichten die Forscher nun über erste Ergebnisse, die sich aus der Sammelarbeit ergeben. Demnach gibt es in Nordamerika mit knapp 6.000 gebietsfremden Arten die meisten eingebürgerten Pflanzen. Auf Platz Zwei folgt Europa mit über 4.000 Pflanzenarten, die ursprünglich aus anderen Gefilden stammen. Im Verhältnis zu ihrer Fläche verzeichnen jedoch die pazifischen Inseln den größten Zuwachs an fremden Pflanzenarten, während die Länder der nördlichen Hemisphäre die größten „Exporteure“ sind, angeführt von Europa und dem nicht-tropische Teil Asiens. „Mit dieser Datengrundlage können wir nun beginnen, stärker Fragen nach den biologischen Zusammenhängen zu stellen“, erklärt van Kleunen.

Die Wissenschaftler der Göttinger Universität Holger Kreft und Patrick Weigelt von der Free Floater-Nachwuchsgruppe Biodiversität, Makroökologie und Biogeographie stellten für die Studie Daten zu zahlreichen Inselfloren bereit. „Die große Zahl eingebürgerter Pflanzenarten auf Inseln ist besonders besorgniserregend, weil sie dort wegen vieler freier Nischen leichtes Spiel haben und die endemischen Arten zunehmend verdrängen“, erläutert Kreft.

Datenbank als Hilfsmittel für Vorhersagen

Mit der globalen Datenbank wurde nun erstmals eine wissenschaftliche Grundlage geschaffen, um offene Fragen wie nach den Faktoren, die zur Verbreitung der Pflanzenarten beitragen oder den Eigenschaften, welche die Ausbreitung in den jeweiligen Gebieten begünstigen, beantworten zu können. „Die Daten können nun auch dazu genutzt werden, um Vorhersagen zu treffen, welche Arten in welchen Gebieten dominant werden könnten“, betont van Kleunen

Ein Jahr nach Baubeginn ist Ende August im brasilianischen Regenwald des Amazonas der Klima-Messturm "Amazonian Tall Tower Observatory" (ATTO) eingeweiht worden. Mithilfe des über 300 Meter hohen Giganen wollen Forscher fortan in luftiger Höhe Klimadaten sammeln und so die Grundlage für verbesserte Klimamodelle liefern. Er soll auch dazu beitragen, die Rolle des Amazonas im weltweiten Klimageschehen besser zu verstehen. Die Kosten für das deutsch-brasilianische Gemeinschaftsprojekt von insgesamt 8,4 Millionen Euro wurden jeweils zur Hälfte von beiden Ländern übernommen. Von deutscher Seite aus wurde das Vorhaben vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz koordiniert und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.

Mit seinen 325 Metern ragt der Stahlkoloss weit über die Wipfel der Urwaldbäume heraus und übertrumpft damit um 24 Meter sogar den Pariser Eiferturm. Die Planung der Klimamessstation im brasilianischen Amazonasgebiet begann vor sechs Jahren. Vor einem Jahr wurde Nun ist der Stahlturm "Amazonian Tall Tower Observatory" (ATTO) 150 km von der Hauptstadt Manaus entfernt im Regenwald offiziellen der Wissenschaft übergeben worden. Zukünftig können die Forscher mithilfe der Messdaten von ATTO Fragen beantwortetn werden, die im Zusammenhang mit der Entstehung von Treibhausgasen stehen. Für Bundesforschungsministerin Johanna Wanka ist die neue Messstation daher nicht nur ein „weithin sichtbares Zeichen“ für die gute wissenschaftliche Zusammenarbeit beider Länder. "ATTO hilft, Klimaveränderungen besser zu verstehen und die grünen Lungen unseres Planeten zu schützen. Zudem ist der Turm Ausdruck für das Engagement Deutschlands, dem Klimawandel entgegen zu treten und durch eine verbesserte Wissensgrundlage die internationale Klimapolitik zu unterstützen", sagte die Ministerin anlässlich der Einweihung am 22. August in Brasilien.

Unverfälschte Klimadaten aus luftiger Höhe

Das Besondere an der neuen Klimastation ist vor allem seine geografische Lage. Das Amazonasgebiet ist bekannt für seinen Artenreichtum, aber auch für seinen Einfluss auf das Wetter. Schließlich ist der Regenwald eing großer CO₂-Speicher und umfangreiches Süßwasserreservoir. Mithilfe des ATTO-Turms werden deutsche und brasilianische Wissenschaftler fortan von hier aus, weit ab von Straßenlärm und anderen menschlichen Einflüssen, Klimabeobachtungen durchführen und unverfälschte Daten erhalten können.

Die neue Forschungsbasis wird ihnen auch dazu dienen, Klimavorgänge in unterschiedlichen Höhenlagen und den Einfluss des Amazonasgebietes auf das globale Klimageschehen besser analysieren und verstehen zu können. „Mit ATTO erreichen wir einen Meilenstein in der Erforschung des Erdsystems. Alle Daten, die wir an diesem neuen Messturm generieren, fließen in Modelle zur Vorhersage der Klimaentwicklung ein“, so der Vizepräsident der Max-Planck-Gesellschaft, Ferdi Schüth.

Messwerte als Basis für neue Klimaschutzmodelle

Die Forscher sind zuversichtlich, dass der Messturm dazu beitragen wird, die klimarelevanten chemischen und physikalischen Prozesse über dem Amazonasgebiet zu erfassen, zu bewerten und damit neue Grundlagen für den Klimaschutz zu schaffen. „Bisher wissen wir nur unzureichend, welche Rolle der Urwald bei der Bildung von Aerosolpartikeln und somit der Wolkenbildung spielt. Es wartet somit eine ganze Palette von Geheimnissen darauf, mithilfe unseres neuen Messturms aufgedeckt zu werden“, so der Projektkoordinator der Max-Planck-Gesellschaft, Jürgen Kesselmeier.

Bessere Klimaprognosen möglich

Der Stahlkollos wurde in den vergangenen Monaten auf verschiedenen Ebenen mit Sensoren, Sendern und Pumpen ausgestattet, um Luft anzusaugen und so den Anteil an Aerosolen messen zu können. Von der Spitze des Messturms aus können die Forscher zudem nun nachvollziehen, welche Veränderungen große Waldgebiete in Luftmassen auslösen, die den Regenwald überqueren. Daraus können wiederum Rückschlüsse über die Bedeutung des Regenwaldes auf die Chemie und Physik der Atmosphäre gezogen werden. „Mithilfe der Daten werden wir einen großen Fortschritt bei der Darstellung der tropischen Regenwälder in meteorologischen sowie Erdsystemmodellen erreichen. Es wird zukünftig möglich sein, viel detaillierte Wettervorhersagen und Klimaprognosen zu erstellen“, erklärt INPA-Wissenschaftler und Koordinator des ATTO Projekts auf der brasilianischen Seite, Antonio Manzi.

An dem Gemeinschaftsprojekt „ATTO“ waren neben dem Max-Planck-Institut für Chemie als Koordinator, das Max-Planck-Institut für Biogeochemie, das brasilianische Bundesinstitut für Amazonasforschung INPA (Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia) und die Universität des Staates Amazonas UEA (Universidade do Estado do Amazonas) beteiligt. Die Kosten von rund 8,4 Millionen Euro für den Bau der Klimamessstaion teilen sich Deutschland und Brasilien jeweils zur Hälfte. Eine vergleichbare Klimastation namens ZOTTO wurde bereits 2006 in Sibirien unter Leitung vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie errichtet.

Knochenbrüche werden standardmäßig mit Schrauben oder anderen Implantaten fixiert, damit die Knochen zusammenwachsen und schnell wieder belastbar sind. Ist die Verletzung geheilt, werden die Implantate wieder operativ entfernt. Innerhalb des ZIM-Kooperationsnetzwerkes "Bioplastik" haben sich nun vier Unternehmen und zwei universitären Einrichtungen zusammengetan, um ein alternatives Vorgehen zu entwickeln. Den Zweiteingriff vermeiden und so das Risiko postoperativer Komplikationen reduzieren, ist das Ziel des neuen Forschungsprojektes „Knochenkleber“. Statt Schrauben und Implantate kommen Biopolymere zum Einsatz, die die Knochenbrüche an gering belasteten Körperteilen wie Hand oder Gesicht verkleben und damit Implantate ersetzen könnten. Das Projekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) vom Bundeswirtschaftsministerium mit etwa 600.000 Euro gefördert.

Viele Anwendungen von Biopolymeren sind in der Chemiebranche angesiedelt. Aber auch in der Medizin gibt es interessante Einsatzfelder. Nun will ein deutsches Forscherkonsortium die Behandlung von Knochenbrüchen verbessern. Denn nicht immer reicht ein Gips, um Knochenbrüche zu heilen. Damit Knochenteile wieder zusammenwachsen,werden bisher häufig Schrauben und Implantate zum Fixieren eingesetzt und später wieder operativ entfernt. Diese Standardprozedur mit zwei Eingriffen ist jedoch nicht ohne Risiko für den Patienten, da postoperative Komplikationen auftreten können, die den Heilungsprozess beeinträchtigen.

Kaputte Knochen wie Keramik kleben

Gebrochene Knochen einfach wie Holz, Glas oder Keramik kleben, könnte die Behandlung derartiger Knochenbrüche vereinfachen und das Risikopotential für Patienten mindern. Im Forschungsprojekt „Knochenkleber“ greifen Partner aus Wirtschaft und Forschung genau diesen Ansatz auf. Die vier mittelständischen Unternehmen FABES Forschungs-GmbH aus München, InnoTERE GmbH aus Radebeul, provenion GmbH aus Kirchseeon und Unavera ChemLab GmbH aus Mittenwald sowie Forscher der Universitätsklinik Ulm und der German University Cairo wollen in den kommenden drei Jahren ein Biopolymer entwickeln, das wie ein Kleber einfach auf die Knochenteile aufgetragen wird und diese wieder verbindet. Das Prinzip: Das poröse Polymer wird im Laufe der Zeit durch nachwachsende Knochen ersetzt und die dabei entstehenden Zerfallsprodukte vom Körper abgebaut. Der sogenannte „Knochenkleber“ soll auch bei komplizierten Frakturen verwendet werden können. Zunächst geht es jedoch darum, ihn bei Brüchen von gering belastbaren Körperteilen wie Hand oder Gesicht einzusetzen.

Hohe Anforderungen an Biopolymer

Die Anforderungen an das zu entwickelnde Biopolymer sind auf Grund Kontakts im menschlichen Körper sehr hoch. Das Material muss nicht nur biokompatibel und frei von toxischen Stoffen sein. Es muss auch im Zusammenspiel mit Körperflüssigkeiten wie Blut funktionieren. Daher wollen die Forscher das von ihnen identifizierte Biopolymer zunächst in Zellkulturen auf Verträglichkeit prüfen, bevor der neue Kleber in Tierversuchen getestet wird. Initiiert wurde das Forschungsprojekt von der IBB Netzwerk GmbH in Martinsried - einem auf industrielle Biotechnologie spezialisiertem Dienstleister - innerhalb des ZIM-Kooperationsnetzwerks "BioPlastik". Die Projektkosten von insgesamt 1,2 Millionen Euro werden zur Hälfte vom Bundeswirtschaftsministerium finanziert.

Der Fluss Tarim im Nordwesten Chinas ist nicht nur die Lebensader für rund zehn Millionen Menschen, sondern auch für eine Vielfalt an Pflanzen und Tieren, die sich entlang des Stromes angesiedelt haben - zum Beispiel die seltenen Euphrat-Pappeln. Doch die einzigartige Wüsten-Oase ist gefährdet. Der Grund: durch die künstliche Bewässerung der Baumwollfelder kann sich die natürliche Quelle des Tamir nicht mehr regenerieren und hinterlässt Bauern zunehmend versalzene Böden. Ein internationales Forscherteam unter Leitung Münchner Wissenschaftler hat seit 2011 die ökologischen Probleme im Tamir-Becken analysiert und nach Lösungen gesucht. Das Projekt "Sustainable Management of River Oases along the Tarim River" – kurz SuMaRiO- wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Nun hat das Team ihre Ergebnisse im Fachjournal Water (2015, Online-Veröffentlichung) veröffentlicht. Zugleich haben die Forscher ein Rettungspaket zur Erhaltung der Landschaft geschnürt, dass sie im September auf einer Konferenz in Xinjiang vorstellen wollen.

Das Tarim-Becken ist eine Oase in der Wüste. Umzäunt von Euphrat-Pappeln windet sich der Fluss mitten durch die angrenzende Taklamakanwüste und versorgt Mensch, Pflanzen und Tiere mit dem kostbaren Nass. Der Strom speist sich vor allem aus dem Tauwasser der höhergelegenen Gletscher. Das extrem trockene Klima bietet jedoch auch optimale Bedingungen für den Anbau von Baumwolle. 40 Prozent der gesamten Baumwoll-Produktion Chinas und 10 Prozent der Weltproduktion kommen daher aus diesem Gebiet.

Raubbau an Wasser und Boden

Diese intensive landwirtschaftliche Nutzung bedroht inzwischen jedoch den Erhalt der Wüsten-Oase im Nordwesten Chinas. "In den vergangenen 50 Jahren hat in dieser einzigartigen Landschaft ein Raubbau an den natürlichen Wasser- und Landressourcen stattgefunden, der eine schwere Schädigung der Böden sowie der Wasserqualität ausgelöst hat", sagt Markus Disse vom Lehrstuhl für Hydrologie und Flussgebietsmanagement der Technischen Universität München (TUM). Disse gehört einem internationalem Forscherteam an, das sich seit Jahren mit dem Gebiet und den Auswirkungen der Landwirtschaft beschäftigt hat.

Versalzene Böden durch Wasservergeudung

Das Problem: den größten Anteil des Wassers verbrauchen die Bauern zur Bewässerung der Baumwollfelder. Das Flusswasser kann sich nicht regenerieren. Die Böden versalzen, sodass die Baumwollerträge stagnieren. Auch Pflanzen wie die seltene Euphrat-Pappel bekommen dadurch zu wenig Wasser. Dies wiederum gefährdet nicht nur ihren Bestand. Denn die Wälder schützen das Tarim-Becken auch vor dem Sand der angrenzenden Wüste, wie die von Disse im Rahmen des vom BMBF gefördertne Projekts SuMaRIO analysiert hat, das die ökologischen Probleme der Region genau untersucht hat. Der Studie zufolge wird zudem nicht nur die natürliche Ressource Wasser vergeudet, sondern auch auch Raubbau an der ursprünglichen Landschaft betrieben. Denn um die Anbaufläche für Baumwolle zu erweitern, werden immer mehr Pappeln gefällt.

Unter der Leitung von Disse haben chinesische und deutsche Forscher seit 2011 nun nach Lösungen zur Erhaltung der bedrohten Wüsten-Oase gesucht. Im Ergebnis der Studie hat das Team Empfehlungen für ein besseres Wasser- und Landmanagement formuliert, die es im September auf der Konferenz im chinesischen Xinjiang präsentieren will. "Wir hoffen, dass durch diesen sogenannten Implementierungsworkshop eine neue Ära des nachhaltigen Land- und Wassermanagements in der Region eingeleitet wird", sagt Disse, denn "nur so kann langfristig die Stabilität in dieser Region gewährleistet werden".

Empfehlungen für den Kampf gegen die Verwüstung

Im Fokus des Rettungsplanes steht unter anderem eine nachhaltige Landwirtschaft, bei der die verschiedenen Bodentypen und deren Versalzungsgrad berücksichtigt werden. Als Alternative könnten die Bauern den Forschern zufolge auf den versalzenen Flächen, statt Baumwolle die auch als Heilmittel verwendete Pflanze Apocynum pictum – auch Hundsgift genannt – anbauen, um ihr Einkommen zu sichern. Entlang des Flusslaufes wird beidseitig zudem die Aufforstung und Renaturisierung einer jeweils mindestens 50 Metern breiten Fläche empfohlen. Darüber hinaus wurden im Projekt SuMaRIO Modellwerkzeuge als Entscheidungshilfe entwickelt, um den Einfluss von Landnutzungs- und Klimaszenarien abschätzen zu können. Mit Hilfe dieses Instruments könnten Politiker verschiedene Bewirtschaftungsalternativen durchspielen und daraufhin Entscheidungen treffen.

Der Grauschimmel-Pilz ist der größte Feind der Erdbeere. Jedes Jahr aufs Neue müssen vor allem Biobauern um die Ernte bangen, weil sie ohne konventionelle Pflanzenschutzmittel dem Pilzbefall hilflos ausgesetzt sind. Jetzt naht Rettung und zwar aus luftiger Höhe. Bienen könnten zukünftig als so genannte „Flying Doctors“ bei ihrer Nektarsuche gleichzeitig Erdbeerpflanzen mit unschädlichen Pilzsporen bestäuben und sie so vor Schädlingen schützen. Zu diesem Ergebnis kommt ein EU-Projekt, an dem Wissenschaftler des Instituts für Bienenkunde im Niedersächsischen Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (LAVES) in Celle beteiligt waren. Darin hatten die Forscher die therapeutischen Fähigkeiten der emsigen Helfer untersucht.

Herkömmliche Pflanzenschutzmittel sind für Biobauern tabu. Erdbeerpflanzen werden daher aus Mangel an alternativen Pflanzenschutzmitteln in größeren Abständen in die Erde gebracht, um so Übertragungen von Krankheiten zu verhindern. Dieser einfache Anbautrick kann jedoch nicht gänzlich verhindern, dass die Beeren von der Pilzkrankheit befallen werden und die Früchte verrotten. Die Natur scheint jedoch eine Waffe gegen den gefährlichen Grauschimmel namens Botrytis cinerea parat zu haben. Das legen zumindest Untersuchungen nahe, die in den vergangenen drei Jahren unter der Leitung finnischer Forscher von Wissenschaftlern aus sieben Ländern im ERA-NET Core Organic II durchgeführt wurden und an denen auch deutsche Forscher vom Institut für Bienenkunde im Niedersächsischen Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (LAVES) in Celle beteiligt waren.

Bienen "impfen" bei Bestäubung Erdbeeren gegen Pilzbefall

Demnach qualifizieren sich Bienen offenbar als „Flying Doctors“, wenn sie gezielt hierfür eingesetzt werden. Das Prinzip: Beim Verlassen des Bienenstocks passieren die Insekten einen sogenannten Dispenser am Nestausgang, in dem Sporen antagonistisch wirkender Pilze platziert sind. Dieses für Erdbeerpflanzen unschädliche Pilzpulver wird von den Bienen beim Nektarsammeln in die Blüte injiziert. Die Erdbeerpflanzen werden also bei der Bestäubung gleichzeitig auf natürliche Weise von den Bienen mit dem vor Grauschimmel schützenden gutartigen Pilz „geimpft“. Wie die Forscher zeigen konnten, hat sich in Finnland mit dieser Methode nicht nur der Schimmelbefall bei Bio-Erdbeeren drastisch reduziert. Auch die Ernte der Ökobauern war doppelt so hoch wie auf unbehandelten Feldern. „Das Konzept mit Bienen als Flying Doctors funktioniert“, bestätigt auch Otto Boecking, der entsprechende Versuche am LAVES in Celle durchgeführt hat.

Effektivere Bestäubung bei kleineren Bienenvölker

Der deutsche Beitrag zum EU-Projekt wurde vom Bundeslandwirtschaftsministerium über das Bundesprogramm Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft (BÖLN) gefördert. Das Team in Celle untersuchte dabei, wie sich die Bestäubungsquote durch Bienen verbessern lässt und damit auch die Verbreitung der schützenden Pilzsporen gegen Grauschimmelbefall. Dabei zeigte sich, dass die Größe der Bienenvölker eine entscheidende Rolle spielt und kleinere Bienengruppen bei der Bestäubung effektiver waren als größere Völker. „Allerdings ist die Erhebung der Daten ausgesprochen schwierig. Für konkrete Praxis-Empfehlungen bedarf es weiterer Forschung“, ergänzt Boecking.

Auch Hummeln eignen sich

Innerhalb des Konsortiums wurden viele weitere Teilaspekte bearbeitet. Belgische Forscher hatten an der Trägersubstanz aus Maismehl gearbeitet, um die Aufnahme der Pilzsporen zu verbessern. Italienische Wissenschaftler bauten wiederum eine Passagen-Konstruktion für deren spezielle Nester, während ein Team in Slowenien mit der Frage beschäftigt war, wie sich Honigbienen in der Passage verhalten und wie sich die Pulververteilung in der Fläche nachweisen lässt. In Estland und der Türkei wurde schließlich das System mit Hummeln ausprobiert, was ebenfalls erste positive Ergebnisse in Freilandversuchen ergab.

Die Energiewende steht seit Jahren auf der Agenda der Bundesregierung. Das Ziel: bis 2050 sollen 1.915 Petajoule (PJ) des gesamten Primärenergieverbrauches aus Biomasse erzeugt werden. Insbesondere biogene Rest- und Abfallstoffe sollen hierfür genutzt werden. Doch noch gibt es ungenutztes Potenzial, wie eine von der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) und dem Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) durchgeführte Meta-Studie zeigt. Danach werden vor allem Waldrestholz, Stroh sowie Gülle und Mist noch zu selten als Biomasse eingesetzt. Insbesondere Stroh sollte zukünftig intensiver verwendet werden. Die Studie wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

Weg von fossilen Brennstoffen, hin zu erneuerbaren Energien aus Wind, Wasser oder nachwachsende Rohstoffe – das ist das proklamierte Ziel der Bundesregierung. Forscher suchen seit langem nach Wegen, um die natürlichen Ressourcen für die Energieversorgung besser zu nutzen. Nun gibt es erstmals eine Studie, die zeigt, wie effektiv hierzulande verfügbare Biomasse tatsächlich genutzt bzw. nicht genutzt wird. Im Rahmen einer Meta-Studie Daten haben Forscher vom FNR und DBFZ Daten zu biogenen Rest- und Abfallstoffen aus verschiedenen Quellen zusammengetragen. Insgesamt 93 Einzelbiomassen wurden darin genau auf ihre Nutzung untersucht.

Brachliegende Potenziale

Den Daten zufolge beträgt das Gesamtptenzial an Trockensubstanz bundesweit aktuell 98,4 Millionen Tonnen. Davon liegen jedoch 31 Prozent der verfügbaren Biomasse noch brach und finden so gut wie keine Verwendung, heißt es. Der Studie zufolge besteht das ungenutzte Biomassepotenzial dabei zu 95 Prozent aus Waldrestholz, Getreidestroh und tierischen Exkrementen wie Gülle und Mist. Die Meta-Studie zeigt aber auch, welche Rest- und Abfallstoffe bereits überwiegend als Biomasse verwendet werden. Dazu gehören neben Sägeresten, Altholz und Schwarzlauge auch Landschaftspflegeholz, Siedlungsabfälle sowie Reststoffe aus der Lebens- und Futtermittelindustrie.

Stroh besser als bisher verwerten

Für die Forscher ist klar: Die erste umfassende Studie zur Biomasse-Nutzung in Deutschland mache deutlich, welche Potenziale zukünftig besser genutzt werden könnten. "Insbesondere für die erheblichen Strohpotenziale gilt es, zusätzliche Verwertungsstrategien zu erarbeiten. Dieser Rohstoff ist nicht nur preiswert in vielen Regionen verfügbar, sondern kann gerade für die Landwirtschaft interessante neue Geschäftsmodelle generieren. Diese wurde mit der Strohheizanlage am Standort Gülzow bereits eindrucksvoll demonstriert", erklärt FNR-Geschäftsführer Andreas Schütte. Am Standort der FNR in Gülzow wurde die Wärmeversorgung 2013 von fossilen Brennstoffen auf Biomasse umgestellt. Vergleichsrechnungen hatten zuvor eindeutig ergeben, dass Heizen mit Stroh die wirtschaftlichste Art der Energieversorgung ist. Der Vorteil: Der Brennstoff wird aus Weizen- und Roggenstroh gewonnen, der in Ackerbauregionen wie Mecklenburg-Vorpommern in großen Mengen zur Verfügung steht. Außerdem kostet Stroh als Biomasse heizwertbezogen ein Drittel weniger als Heizöl.

Sie sind klein und unscheinbar, aber wahre Überlebenskünstler. Moose, Flechten und Algen – auch biologische Bodenkrusten genannt - überziehen unseren Planeten wie eine zweite Haut und sind unentbehrlich für unser Ökosystem. Der Grund: Sie binden CO2 und Stickstoff und geben das Treibhausgas Lachgas ab. Um den Wechselprozess von Fixieren und Freisetzen untersuchen zu können, muss die Bodenfeuchtigkeit analysiert werden. Bisher fehlte es jedoch an einem geeigneten und vor allem präzisen Messinstrument. Forscher vom Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie haben nun einen Sensor entwickelt, der erstmals verlässliche Daten zur Bodenfeuchtigkeit liefert und zudem kostengünstig und variabel einsetzbar ist.

Moose, Flechten und Algen existieren selbst da, wo scheinbar kein Leben möglich ist. Sie bilden sogenannte biologische Krusten und schützen weite Landschaften so vor Erosion. Meist präsentieren sie sich vertrocknet und stachlig. Doch schon die nächtliche Taubildung in der Wüste reicht beispielsweise aus, um den Stoffwechselprozess wieder anzukurbeln und die vermeintlich abgestorbenen Pflanzen zum Leben zu erwecken. Durch das abgestorbene organische Material entsteht eine „biologische Bodenkruste“, die den Wasserhaushalt im Boden bestimmt. Neusten Studien zufolge wird dabei so viel Kohlendioxid gebunden, wie weltweit jährlich durch das Verbrennen fossiler Energieträger freigesetzt wird. Doch nicht nur wegen ihres CO2-Gehalts sind die Krusten für das Ökosystem von Bedeutung. Zugleich binden sie Stickstoff und geben dadurch die gefährliche Substanz Distickstoffmonoxid ab, die auch als Lachgas bekannt ist.

Feuchtegehalt durch Leitfähigkeit der Böden bestimmt

Wie genau dieser Wechselprozess verläuft, ist weitestgehend unerforscht. Denn dazu fehlten bisher geeignete Messinstrumenten, die auch die oberen Millimeter der Bodenkruste auf deren Feuchtigkeitsgehalt überprüfen können. „Der einzige Sensor, der in den obersten Schichten zurzeit einsetzbar ist, misst lediglich, ob die Organismen aktiv sind, nicht aber die vorhandene Menge an Wasser. Alle anderen Bodenfeuchtesensoren messen den Wassergehalt in tieferen Schichten, so dass sie für die Anwendung in Bodenkrusten völlig ungeeignet sind“, erklärt Bettina Weber. Weber und ihr Team vom Max-Planck-Institut für die Chemie versuchten über Jahre dieses Manko durch eigene Entwicklungen wettzumachen. Dabei stießen sie auf eine Methode, welche die Bodenfeuchtigkeit anhand seiner Leitfähigkeit bestimmt. Hierfür wurde ein Sensor entwickelt, der die ermittelten Leitfähigkeitswerte den entsprechenden Werten zum Wassergehalt zuordnet. Diese Art der Bestimmung zur Bodenfeuchte ist bisher einmalig und wurde von den Mainzer Forschern bereits zum Patent angemeldet.

Auch industrielle Anwendung möglich

Die Vorteile des Bodenfeuchtesensors: Er kann aufgrund seines einfachen Aufbaus und einer robusten Konstruktion universell in den verschiedensten Böden der Erde eingesetzt werden. Außerdem sind die Anschaffungskosten nur gering, so dass auch mehrere Sensoren gleichzeitig genutzt und so noch genauere Angaben geliefert werden können. Daneben kann das Messinstrument unkompliziert für Messungen über größere Bodenbereiche angepasst werden, so dass die Anwendung nicht auf biologische Bodenkrusten begrenzt, sondern auch für industrielle Zwecke wie der Verarbeitung von Beton geeignet ist. Derzeit ist das Mainzer Team dabei, den Bodenfeuchtesensor netzwerkfähig zu machen.

Etwa 2,3 Millionen Lebensformen sind heute bekannt. Dazu zählen Tiere, Pflanzen, Pilze wie auch Bakterien. Sie alle in einem einzigen Stammbaum zu vereinen, scheint eine schier unlösbare Aufgabe. US-Forscher haben sich an dieses Mammut-Projekt gewagt und präsentieren jetzt das Ergebnis. Der "Open Tree of Life" ist - wie der Name andeutet - ein trotz seines Umfangs - noch immer unvollständiger Stammbaum, der für Jedermann im Internet zugänglich ist. Die US-Forscher hoffen mit ihrer Vorlage, Wissenschaftler weltweit zu ermutigen, den "Lebensbaum" mit ihren Ergebnissen zu vervollständigen. Über ihre Arbeit zum „Open Tree of Life“ berichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift PNAS (2015, Online-Vorabveröffentlichung).

Welche Tiere, Pflanzen, Pilze und Mikroben sind miteinander verwandt? Und welche Verbindung hat der Mensch zu den anderen Lebensformen? Derartig komplexe Fragen sind bis heute nur schwer zu beantworten. Eine US-Forschergruppe um Cody Hinchliff und Stephen Smith von der Universität Michigan in Ann Arbor hat nun erstmals alle verfügbaren Daten zu den unterschiedlichsten Lebensformen – von der Urbakterie bis zum Menschen – zusammengetragen und in einem Mega-Stammbaum zusammengefasst. Ein besseres Verständnis der Verwandtschaftsbeziehungen zwischen den Arten sei etwa wichtig, um neue Medikamente zu entwickeln, landwirtschaftliche Erträge zu steigern oder der Herkunft und Verbreitung von Krankheiten wie Aids, Ebola und Grippe nachzuspüren, argumentieren die Forscher.

"Lebensbaum" für Jedermann zugänglich

Das Besondere an dem Mega-Stammbaum: Er ist online für jedermann zugänglich und umfasst derzeit 2,3 Millionen Tiere, Pflanzen, Pilze und Mikroben. Mit seiner Hilfe ist es nun erstmals möglich, Abstammung und Verwandtschaft der einzelnen Lebensformen bis hin zu ihrem Ursprung vor 3,5 Milliarden Jahre zurückzuverfolgen, also von der Archebakterie bis zum heutigen Menschen. „Dies ist der erste ernsthafte Versuch, alle Punkte zu verbinden und zu einem Ganzen zusammenzufügen", sagt Projektleiterin Karen Cranston von der Duke Universität in Durham.

Stammbaum weiter ergänzen

Die Arbeit der Forscher geht auf 7.500 Studien zurück, die in den Jahren 2000 bis 2012 erschienen und somit verfügbar waren. Einen Anspruch auf Vollständigkeit erheben die US-Wissenschaftler nicht. Das wird auch im Namen „Open Tree of Life“ deutlich. Denn viele wissenschaftliche Untersuchungen waren damals digital nicht greifbar und konnten so in der Darstellung keine Beachtung finden. Der Stammbaum, der für Jedermann im Internet zugänglich ist, ist somit erst die erste Version eines Vorhabens, das Forscher weltweit zum Mitmachen anregen will. „Der Open Tree of Life ist ein wichtiger Ausgangspunkt für andere Forscher, die ihn in kommenden Jahrzehnten verfeinern und verbessern können", betonte Mitautor Douglas Soltis von der Universität Florida. Auch Stephen Smith hofft, dass ihre Veröffentlichung andere Forscher ermutigt, eigene Ergebnisse hinzuzufügen.

Die Deutschen essen zu süß, zu salzig und zu fett. Die Folge sind Krankheiten wie Herz-Kreislauf- und Stoffwechselstörungen, Karies aber auch diverse Krebserkrankungen. Forscher der Brain AG und der Universität Halle-Wittenberg haben in einer gemeinsamen Studie erstmals die Kosten solcher ernährungsbedingten Krankheiten analysiert. Danach muss das deutsche Gesundheitswesen für die Folgen einer ungesunden Ernährung jährlich etwa 17 Milliarden Euro ausgeben. Die Studie, die jetzt im Fachjournal Plos One (2015, Online-Veröffentlichung) erschienen ist, wurde im Rahmen der strategischen Allianz NatLife 2020 durchgeführt, die durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird.

Viel ist meist nicht gut, ob beim Essen oder Sport. Diese allgemeine Faustregel ist nicht neu, wird aber scheinbar oft verdrängt. Vor allem bei der Ernährung gibt es Stoffgruppen, die bei übermäßigem Konsum gesundheitsschädigend sind. Für die drei Bekanntesten – Zucker, Salz und Fett – gibt es daher von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung sogar Verzehrempfehlungen. Diese Orientierungswerte werden einer aktuellen Studie zufolge jedoch deutlich überschritten. Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Biotechnologie-Unternehmens Brain AG aus Zwingenberg stellten fest: Die Deutschen essen zu viel Zucker, Salz und Fett. Krankheiten in Folge dieser ungesunden Ernährung kosten dem Gesundheitswesen danach jährlich 16,8 Milliarden Euro. „Die Resultate haben uns in ihrer Höhe doch sehr überrascht. Dabei haben wir hier aktuell lediglich die direkten Behandlungskosten berücksichtigt“, so Mitautorin Katja Riedel von der Brain AG. Indirekte Kosten für Arbeitsausfall, Kuraufenthalte oder gar Invalidität flossen nicht mit ein und würden die Kosten sogar noch erhöhen.

Im Rahmen der Studie untersuchten die Wissenschaftler repräsentative Krankheitskosten und Verzehrdaten in Deutschland und errechneten daraus, wie hoch die anteiligen Kosten eines unausgewogenen Konsums von Zucker, Salz und gesättigten Fetten sind. Zugleich nahmen sie 22 Krankheitsbilder unter die Lupe, die auf eine ungesunde Ernährung zurückzuführen sind. Das Ergebnis: Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems, Karies, Stoffwechselstörungen wie Diabetes und Übergewicht sowie diverse Krebserkrankungen waren die Kostentreiber im Gesundheitswesen. „Die direkten Kosten von Krankheiten, die aufgrund eines Überverzehrs von Salz, Zucker und Fett entstehen können, sind substantiell. Ein deutliches Einsparpotential liegt jedoch auch in den bisher weniger beachteten Folgeerkrankungen und Folgekosten von Übergewicht und Diabetes", resümiert Studienautor Toni Meier von der MLU.

Forscherkonsortium sucht alternative Naturstoffe

Im Rahmen der 2013 geschlossenen versuchen 22 Partnerunternehmen Naturstoffe zu entwickeln, die unter anderem Alternativen zu Salz oder Zucker darstellen und damit zur Verbesserung von Nahrungsmittelrezepturen führen. Dem vorerst auf neun Jahre angelegten Konsortium steht ein Gesamtbudget von 30 Millionen Euro zur Verfügung, das zu Teilen vom BMBF beigesteuert wird. Die Ergebnisse aus der Studie sind für die Allianzmitglieder ein Beleg, auf dem richtigen Weg zu sein. „Wenn es uns gelänge, etwa ein Drittel der Zucker-, Fett- oder der Salzmenge in den Nahrungsmittelrezepturen mit neuen Naturstoffen zu ersetzen, könnten wir das Gesundheitssystem allein in Deutschland jährlich bereits um einen Betrag von fünf bis sechs Milliarden Euro entlasten", resümiert Co-Autor Martin Langer und Executive Vice President Corporate Development der Brain. Die Firma gehört in Deutschland zu den Pionieren einer biobasierten Wirtschaft und hat jüngst seine Für den Ernährungsbereich stellt Brain unter anderem Enzyme her, zuletzt wurde verkündet, dass man sich im Bereich laktosefreier

Der sogenannte Wunder-Weizen ist ein Phänomen: weil er stark verzweigte Ähren besitzt, bildet er mehr Körner pro Pflanze und der Ertrag ist zwei- bis dreimal größer als bei anderen Sorten. Nun hat ein internationales Forscherteam unter Beteiligung deutscher Pflanzengenetiker die molekularen Ursachen im Erbgut dingfest machen können. Sie stießen auf eine Genmutation, die für die üppige Ährenarchitektur der Pflanze verantwortlich ist. Auch bei der Gerste sorgt das entsprechende Gen für mehr Ertrag. Die Studie ist im Fachjournal Genetics (2015, Online-Vorabveröffentlichung) erschienen.

Der Unterschied ist offensichtlich: Der „Wunder-Weizen“ ist kleiner und sieht auf Grund seiner zahlreichen Ähren etwas gedrungen aus. Groß und feingliedrig wirkt dagegen der Hartweizen. Doch beim Ertrag kann die herkömmliche Sorte „Triticum durum“ mit dem kleineren Verwandten nicht mithalten. Seine Ähren tragen zwei- bis dreimal so viele Körner. Vergleichbar ertragsreich ist nur die „Compositum“-Gerste, die auf Grund einer Mutation ebenfalls eine ungewöhnliche Ährenarchitektur und hohe Erträge aufzeigt. Ein internationales Forscherteam unter Mitwirkung von Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben hat nun die genetischen Ursachen der Ährenarchitektur aufgedeckt und somit eine neue Möglichkeit gefunden, den Ertrag bei Weizen und Gerste zu steigern.

Vergleichbare Gene in Weizen und Gerste

Das Team um die IPK-Forscher Naser Poursarebani und Thorsten Schnurbusch gingen dabei der Frage nach, welche genetischen Grundlagen den außergewöhnlichen Eigenschaften sowohl beim Wunder-Weizen als auch der Compositum-Gerste zugrunde liegen. Der Studie zufolge wird die Ährenverzweigung bei der Wunder-Gerste von dem Gen compositium 2 und beim Wunder-Weizen von dem Gen namens branched head^t (bht) beeinflusst. Diese Gene sind sogenannte orthologen Gene, sie sind in beiden Arten an einem vergleichbaren Ort, nämlich auf dem Chromosom 2, zu finden.

Punktmutation sorgt für Ertrags-Plus

Eine Punktmutation im branched head-Gen reicht offenbar aus, um die Super-Ährenform zu erzeugen. Mit dem Wissen um die genetischen Hintergründe der Ährenverzweigung sehen Forscher eine Chance, die Züchtung neuer Nutzpflanzensorten zu optimieren und so den stagnierenden Erträgen bei Weizen und Gerste entgegenwirken zu können.

Membrantropfen wie am Fließband beladen, Bio-Strukturen ausdrucken, zellfrei Moleküle produzieren: Der Jahrestreff der Forscher in der Initiative „Biotechnologie 2020+“ am 23. September bot einen Vorgeschmack auf technologische Zukunftstrends in den Life Sciences. Seit 2010 fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Projekte in den vier großen Forschungsorganisationen und an Hochschulen, die sich mit der nächsten Generation biotechnologischer Verfahren beschäftigen. Diesmal fungierte die Max-Planck-Gesellschaft als Gastgeber der Jahrestagung, und hatte rund 100 Wissenschaftler ins frisch sanierte Harnack-Haus in Berlin-Dahlem geladen.

Die Vorträge im Hörsaal des Harnack-Hauses waren dem Schwerpunkt „Design von Biosystemen – vom fundamentalen Verständnis zu neuen Anwendungen“ gewidmet. Joachim Spatz, Direktor am Max-Planck-Institut für intelligente Systeme in Stuttgart, stellte in Berlin erste Ergebnisse aus dem Forschungsnetzwerk MaxSynBio vor. Forscher aus neun Max-Planck-Instituten haben sich hier zusammengeschlossen, um wichtige Lebensprozesse – zumindest in Teilen – im Labor nachzustellen. In Berlin zeigte sich, dass die Forscher auf dem Weg dahin bereits eindrucksvolle Fortschritte vorweisen können. Eine Schlüsseltechnologie in MaxSynBio ist die Mikrofluidik: Hierbei werden Tropfen oder Membranbläschen in Reih und Glied durch winzige Kanälen geführt und bearbeitet.

Mit Injektionstechnik Vesikel beladen

Spatz stellte die sogenannte „Pico-Injektion“ vor, eine Technik, mit der sich Membranvesikel wie am Fließband mit verschiedenen Biomolekülen beladen lassen. Die Max-Planck-Forscher aus Stuttgart haben auf diese Weise einen Mix aus Actin und Myosin in die Vesikel gespritzt. Das sind Proteine, die beide bei der Zellanhaftung und für Bewegungen wichtig sind. Und tatsächlich: Die derart bestückten Bläschen begannen, eine gewisse Dynamik zu entwickeln und sich um sich selbst zu drehen. Wolfgang Wiechert vom Forschungszentrum Jülich ist der Projektkoordinator des Konsortiums „Molecular Interaction Engineering (MIE)“, an dem Forscher aus drei Helmholtzzentren in Jülich, Karlsruhe und Geestach/Teltow beteiligt sind. „Unsere Vision ist die einer druckbaren Biologie“, sagte Wiechert. Die Idee: Ähnlich wie bei der Fertigung elektrischer Schaltkreise wollen die Forscher „biologische Schaltkreise“ auf Oberflächen aufbringen. „Unsere Transformatoren sind Enzyme und die von ihnen vermittelten Reaktionen sind die Drähte“, erläuterte Wiechert. Auch die Helmholtz-Forscher setzen neben der Mikrofluidik insbesondere auf Drucktechnologien. Damit könnten einmal kleine Biochips gefertigt werden, die sich für Testzwecke einsetzen ließen.

Mikorporenchips für die Pharmaindustrie

Stefan Kubick, Abteilungsleiter am Fraunhofer IZI in Potsdam-Golm, zog Bilanz des Großprojekts „Biomoleküle vom Band“. Hier haben die Forscher die zellfreie Produktion von Eiweißmolekülen soweit perfektioniert, dass sich Proteine nun schnell und in wirtschaftlich interessanten Mengen herstellen lassen. Das gilt besonders für Membranproteine. Mit diesen wollen die Forscher nun Mikroporenchips herstellen, die künftig der Pharmaindustrie als Screeningsysteme eingesetzt werden können. Am „Leibniz Research Cluster“ sind Forscher aus fünf Leibniz-Instituten beteiligt. Auch hier geht es darum, das System „Zelle“ soweit biotechnologisch zu imitieren, damit Wirkstoffe schneller gefunden und optimiert werden können. Vito Valiante leitet eine neue Nachwuchsgruppe am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut. In Berlin erläuterte er, warum die Leibniz-Forscher den Schimmelpilz Aspergillus fumigatus als Ausgangspunkt der Forschung gewählt haben.

„Aus dem Pilz werden wir interessante Faktoren isolieren, und wir versuchen, diese künstlich zu produzieren“.Harald Gröger von der Universität Bielefeld entwickelt neue, effiziente und nachhaltige organische Synthesen mit Biokatalysatoren und baut sie in Kombination mit chemokatalytischen Verfahren zu Mehrstufen-Eintopf-Verfahren aus. Diese sind für industrielle Anwendungen sehr attraktiv. Synthesen werden effizienter und es entstehen weniger Lösungsmittelabfälle, da aufwendige Trennungs- und Reinigungsschritte entfallen. Im Berlin stellte Gröger unter anderem ein Industrieprojekt mit dem Generika-Hersteller Sandoz vor, in dem es um die chemoenzymatische Herstellung von „Rosuvastatin“ geht, ein wichtiges Herzkreislauf-Medikament.