Aktuelle Veranstaltungen

Weltweit gibt es rund 120 Kaffeesorten. Bei der Kaffeeproduktion steht jedoch die Sorte Arabica mit 70 % an der Spitze. Doch der Klimawandel sorgt zunehmend für Ertragseinbußen, da die Pflanze äußerst sensibel ist. Sie verträgt Hitze und Dürre schlecht und ist damit anfälliger für Krankheiten. Hinzukommt, dass nach Einschätzung von Fachleuten die geeigneten Flächen für den Kaffeeanbau als Folge des Klimawandels weiter schrumpfen werden. Davon betroffen wäre auch Brasilien, das zu den führenden Kaffeeproduzenten der Welt zählt. Ein internationales Forschungskonsortium unter Beteiligung der Universität Leipzig hat nun ein neues Werkzeug für die Pflanzenforschung geschaffen, um die Auswahl und Züchtung klimaresistenter Pflanzen zu unterstützen.

Mit KI zu resistenteren Kaffeesorten

Gemeinsam mit dem Nahrungsmittelunternehmen Nestlé hatten Forschende aus Frankreich, Brasilien, Singapur, den USA, Uganda, Finnland, Belgien und Deutschland untersucht, wie die Auswahl und Züchtung klimaresistenterer Pflanzen mithilfe fortschrittlicher Datenwissenschaft und künstlicher Intelligenz unterstützt werden kann. Das Ergebnis ist ein Referenzgenom für die begehrte Kaffeesorte Arabica, das Forschenden nun in einer öffentlich zugänglichen digitalen Datenbank zur Verfügung steht.

„Im Rahmen der internationalen Zusammenarbeit hat unsere Gruppe die Teilbereiche des Genoms identifiziert, die nicht-codierende RNAs darstellen“, erklärt Peter Florian Stadler, Direktor des Interdisziplinären Zentrums für Bioinformatik der Universität Leipzig, der gemeinsam mit Jan Engelhardt an der Untersuchung beteiligt war. Nicht-codierte RNAs übernehmen wie Boten-RNAs wichtige Funktionen in der Regulation und Koordination jeder Zelle. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Nature Genetics“ erschienen.

Neue genetische Marker von Kaffeesorten identifizieren

Das Referenzgenom soll Forschenden nun dabei helfen, wichtige genetische Merkmale von Kaffeesorten zu identifizieren, um spezifische Eigenschaften wie die Größe der Kaffeekirschen oder eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten und Trockenheit sowie Geschmacks- oder Aromamerkmale zu ermitteln. „Einfach ausgedrückt ist unsere neue Referenz wie ein hochwertiger Stadtplan einer großen Stadt. Sie wird uns dabei helfen, wichtige genetische Marker im Arabica-Genom zu identifizieren, die für bestimmte Eigenschaften der erwachsenen Pflanzen verantwortlich sind“, sagt Jeroen Dijkman, Leiter des Nestlé-Instituts für Agrarwissenschaften.

There are around 120 coffee varieties worldwide. However, the Arabica variety is at the forefront of coffee production with 70%. However, climate change is increasingly causing yield losses, as the plant is extremely sensitive. It tolerates heat and drought poorly and is therefore more susceptible to disease. What's more, experts believe that suitable areas for coffee cultivation will continue to shrink as a result of climate change. This would also affect Brazil, which is one of the world's leading coffee producers. An international research consortium involving the University of Leipzig has now created a new tool for plant research to support the selection and breeding of climate-resistant plants.

Using AI to create more resistant coffee varieties

Together with the food company Nestlé, researchers from France, Brazil, Singapore, the USA, Uganda, Finland, Belgium and Germany investigated how advanced data science and artificial intelligence can be used to support the selection and breeding of more climate-resistant plants. The result is a reference genome for the coveted Arabica coffee variety, which is now available to researchers in a publicly accessible digital database.

"As part of the international collaboration, our group identified the parts of the genome that represent non-coding RNAs," explains Peter Florian Stadler, Director of the Interdisciplinary Centre for Bioinformatics at Leipzig University, who was involved in the study together with Jan Engelhardt. Like messenger RNAs, non-coded RNAs fulfil important functions in the regulation and coordination of every cell. The study has been published in the scientific journal „Nature Genetics“.

Identifying new genetic markers of coffee varieties

The reference genome will now help researchers to identify important genetic characteristics of coffee varieties in order to determine specific traits such as the size of the coffee cherries or greater resistance to disease and drought, as well as flavour or aroma characteristics. "Simply put, our new reference is like a high-quality map of a large city. It will help us to identify important genetic markers in the Arabica genome that are responsible for certain characteristics of the adult plants," says Jeroen Dijkman, Head of the Nestlé Institute of Agricultural Sciences.

Tier- und Pflanzenwelt haben sich in den vergangenen Jahrzehnten stark verändert. Vor allem die Landwirtschaft steht mit ihrer intensiven Bewirtschaftung als einer der Verursacher für den Rückgang der Artenvielfalt in der Kritik. Studien belegen, wie der Einsatz von Pestiziden und Düngern die Umwelt belastet und die biologische Vielfalt bedroht. Die Biodiversität zu erhalten, ohne die landwirtschaftliche Produktion zu reduzieren, ist daher eine der großen Herausforderungen der Zukunft. Forschende der Technischen Universität München und der Universität Hohenheim in Stuttgart haben nun einen zukunftsweisenden Lösungsansatz für diesen Zielkonflikt gefunden.

Neues Mensch-Maschine-System entwickelt

Diesen Lösungsansatz bezeichnen die Forschenden als „Hybride Intelligenz“. Dahinter verbirgt sich das Zusammenspiel von Mensch und Maschine. Hybride Intelligenz verbindet demnach die Expertise eines transdisziplinären Forschungsteams und wird ergänzt durch die Möglichkeiten der Künstlichen Intelligenz bei der Zusammenführung und Verarbeitung von großen Datenmengen. „Durch die Kombination der intuitiven Fähigkeiten von Menschen mit der Rechenleistung moderner Computer und der Analysefähigkeit von Künstlicher Intelligenz haben wir erstmals ein Mensch-Maschine-System, das komplexe Probleme in der Landwirtschaft adressieren kann„, sagt Thomas Berger, Agrarökonom an der Universität Hohenheim und Erstautor der Studie, die im Fachjournal „Nature Foods“ erschienen ist.

Virtuelles Abbild der Wirklichkeit

Durch die Koppelung von Computermodellen mit sogenannter Multi-Agenten-Technologie für ökologische, soziale und wirtschaftliche Prozesse mit Künstlicher Intelligenz kann das Forschungsteam nun ein detailliertes virtuelles Abbild der Wirklichkeit schaffen, da sich so verschiedene Maßnahmen und Auswirkungen simulieren lassen und die Akteure bei der gemeinsamen Entscheidungsfindung unterstützt werden.

Im Rahmen der Studie benennt das Team sowohl Hürden, die einer Lösung des Zielkonflikts bisher im Wege stehen, als auch Beispiele für die Anwendung der „Hybriden Intelligenz“. Als Problem werden unter anderem die vielen Daten benannt, die sich aus verschiedensten Quellen wie Nah- und Fernerkundung sowie statistischen Erhebungen ergeben, aber unzusammenhängend und stark fragmentiert sind, sowie landwirtschaftliche Praktiken, die sich „nach kurz- und mittelfristigen ökonomischen Zielen auf Feld- und Betriebsebene“ richten. „Die langfristigen ökologischen Auswirkungen zeigen sich dagegen auf der Landschaftsebene von 100.000 Hektar“, sagt Berger.

Probleme und Lösungen in der Landwirtschaft

Aus ökologischer Sicht sei es daher notwendig, die Landschaftsebene zu betrachten und die Interaktionen von vielen landwirtschaftlichen Betrieben räumlich und zeitlich besser zu verstehen, schreibt das Team. Senthold Asseng von der TUM verweist darauf, dass auch Agrarumweltmaßnahmen bisher kaum betriebsübergreifend koordiniert werden und bisherige Förderprogramme in der Agrar- und Umweltpolitik kaum auf biodiversitätsfreundliche Synergien ausgelegt seien. „Bislang legt jeder Betrieb für sich und ohne Koordination mit den Nachbarn die Blühstreifen irgendwo an. Insgesamt gesehen bleiben die Blühstreifen so ein zersplittertes Phänomen mit begrenzter Wirksamkeit“, sagt Asseng.

Vielversprechender seien daher Ausgleichszahlungen an Gruppen von Landwirtinnen und Landwirten statt an einzelne Betriebe, die ihre Blühstreifen auf Landschaftsebene mit dem Einsatz Hybrider Intelligenz koordinieren, schreiben die Forschenden. So könnten komplexe Daten über Bodenbeschaffenheit, lokale Biodiversität und ähnliche Faktoren analysiert und Standorte identifiziert werden, an denen betriebsübergreifende Umweltmaßnahmen besonders effektiv und die Ernteeinbußen möglichst gering wären. In einem zweiten Schritt könnten dann KI-Systeme helfen, den Informationsaustausch und die Planung von gemeinsamen Projekten zu erleichtern.

Auswirkungen auf Biodiversität und Ertragsverluste minimieren

Der neue Lösungsansatz bietet den Forschenden zufolge Akteuren aus Landwirtschaft, Beratung und Politik die Möglichkeit, ein virtuelles Abbild ihres Lebens- und Wirtschaftsraumes zu schaffen und die Maßnahmen im Vorfeld einer möglichen Implementierung auszuprobieren. „So ließen sich die Auswirkungen auf die Biodiversität und ihre Erträge besser abschätzen und die Kosten für alle Beteiligten minimieren“, so Mitautorin Claudia Bieling von der Universität Hohenheim.

Die Forschenden sind überzeugt, dass Hybride Intelligenz der Schlüssel zur Lösung einiger der drängendsten Probleme in der Landwirtschaft ist. Ob sich der neue Lösungsansatz durchsetzt, hängt den Forschenden zufolge nicht zuletzt von der Akzeptanz der Technologie ab. „Die Aussichten sind sehr vielversprechend. Aber es besteht noch grundlegender Forschungsbedarf, um diese Technologie erfolgreich weiterzuentwickeln und anschließend zu implementieren. Hierfür benötigen wir die Zusammenarbeit aller Beteiligten aus Wissenschaft, Praxis und Gesellschaft“, sagt Berger.

Die industrielle Biotechnologie nutzt Mikroorganismen oder einzelne Biomoleküle wie Enzyme in Bioprozessen als Basis für die industrielle Produktion von Chemikalien, Biopharmazeutika oder Lebensmittelzusatzstoffen. Die Leistungsträger sind insbesondere Zellen als lebende Fabriken, die in geschlossenen Bioreaktoren ein gewünschtes Produkt in großen Mengen herstellen können. Bioprozesse so zu entwickeln, dass eine optimale biotechnologische Herstellung eines Produkts gelingt, ist sehr aufwendig und komplex.

Fachkonferenz für das Scale-up von Bioprozessen

„Eine effiziente Bioprozessentwicklung bildet die Grundlage für eine nachhaltige Bioökonomie und die kostengünstige Produktion von Therapeutika“, sagt Peter Neubauer, Leiter des Fachgebiets Bioverfahrenstechnik an der Technischen Universität Berlin. „Stark beschleunigte Entwicklungszyklen sind nur möglich, wenn wir auf völlig neue Denkansätze setzen und neue Technologien entwickeln“, sagt Neubauer. Er zählt weltweit zu den Pionieren der automatisierten Bioprozessentwicklung und hat das vom Bundesforschungsministerium geförderte Zukunftslabor für KI-gestützte Bioprozessentwicklung (KIWI-biolab) aufgebaut.

Eine große Herausforderung in der Biotechnologie ist die Maßstabsvergrößerung der Verfahren vom handlichen Labor-Bioreaktor hin zum „Brauen“ in riesigen Stahlbehältern – das Scale-up. 2009 hat Neubauer daher das BioProScale-Symposium initiiert, um eine Plattform zu schaffen, auf der neueste Trends für das Scale-up diskutiert werden können. Die Veranstaltung ist mittlerweile zu einem Forum mit internationaler Strahlkraft für Bioverfahrenstechnik-Fachleute geworden. Zur mittlerweile achten Ausgabe, die die TU Berlin mit dem Bio-PAT e.V. und BioProScale e.V. organisiert hatte, waren vom 9. bis 11. April rund 200 Akteure aus Industrie und Wissenschaft in das Langenbeck-Virchow-Haus auf dem Campus der Charité in Berlin-Mitte gekommen.

Technologie-Transfer

Auf der Konferenz wurde deutlich: In allen Phasen der Bioprozessentwicklung spielen heute Digitalisierung, Automatisierung und Modellierung eine entscheidende Rolle. „Beim Scale-up sind die Datenwissenschaften der große Trend, der durch die Corona-Pandemie nochmal einen Schub bekommen hat“, sagt Emmanuel Anane im Gespräch mit bioökonomie.de. In Dänemark arbeitet er für Fujifilm Diosynth Biotechnologies, einem Auftragshersteller für die Pharmaindustrie. Anane beschäftigt sich mit der Produktion von Biopharmazeutika – etwa Antikörper – mithilfe von Hamsterzellen (CHO). Üblicherweise werden solche tierischen Zellen in Einweg-Bioreaktoren mit einem Volumen von 2.000 Litern herangezüchtet. „Doch wenn die Nachfrage steigt, werden Prozesse in 20.000-Liter-Stahltanks interessant“. Um solche Maßstabsvergrößerungen zu simulieren, betreibt Anane Technologie-Transfer: „Dafür übertragen wir Informationen aus einem Kontext in einen anderen Kontext, um mit mathematischen Modellen Prozesse im Industriemaßstab zu simulieren.“

Eine große Herausforderung seien die oft lückenhaften Datensätze, die die Kunden an die Auftragshersteller lieferten. Abhilfe könnte unter anderem Künstliche Intelligenz schaffen. „KI-basierte Algorithmen könnten vorhersagen, zu welchem Zeitpunkt man im Bioprozess Proben entnehmen sollte – das wäre smart und äußerst hilfreich für eine effiziente Datenerhebung“, sagt Anane. Ebenfalls mit KI-basierten Lösungen arbeitet ein Team um Frédéric de Lapierre von der Hochschule München. Er stellte einen Machine-Learning-Algorithmus vor, der vollautomatisch die Zusammensetzung der Nährstofflösung in einem Mikrobioreaktor zubereitet, prüft das Wachstum und macht Vorschläge für verbesserte Medien-Mixturen.

Industrial biotechnology utilises microorganisms or individual biomolecules such as enzymes in bioprocesses as the basis for the industrial production of chemicals, biopharmaceuticals or food additives. The key players are cells as living factories that can produce a desired product in large quantities in closed bioreactors. Developing bioprocesses in such a way that the biotechnological production of a product is optimised is very time-consuming and complex.

Specialist conference for the scale-up of bioprocesses

"Efficient bioprocess development forms the basis for a sustainable bioeconomy and the cost-effective production of therapeutics," says Peter Neubauer, Head of the Department of Bioprocess Engineering at Technische Universität (TU) Berlin. "Highly accelerated development cycles are only possible if we focus on completely new approaches and develop new technologies," says Neubauer. He is one of the world's pioneers in automated bioprocess development and has set up the Future Laboratory for AI-supported Bioprocess Development (KIWI-biolab), which is funded by the German Federal Ministry of Education and Research.

A major challenge in biotechnology is the scaling up of processes from a small laboratory bioreactor to "brewing" in huge steel containers. In 2009, Neubauer therefore initiated the BioProScale Symposium to create a platform where the latest trends in scale-up can be discussed. The event has since become a forum with international appeal for bioprocess engineering experts. Around 200 stakeholders from industry and science came to the Langenbeck-Virchow-Haus on the Charité campus in Berlin-Mitte from 9 to 11 April for the eighth edition, which was organised by TU Berlin together with Bio-PAT e.V. and BioProScale e.V..

Technology transfer

It became clear at the conference that digitalisation, automation and modelling now play a crucial role in all phases of bioprocess development. "Data science is the big trend in scale-up, and the coronavirus pandemic has given it another boost," says Emmanuel Anane in an interview with bioökonomie.de. In Denmark, he works for Fujifilm Diosynth Biotechnologies, a contract manufacturer for the pharmaceutical industry. Anane is involved in the production of biopharmaceuticals – such as antibodies – using hamster cells (CHO). These animal cells are usually cultivated in disposable bioreactors with a volume of 2,000 litres. "But when demand increases, processes in 20,000-litre steel tanks will become interesting". In order to simulate such increases in scale, Anane engages in technology transfer: "We transfer information from one context to another in order to simulate processes on an industrial scale using mathematical models."

One major challenge is the often incomplete data sets that customers supply to contract manufacturers. Artificial intelligence could provide a remedy, among other things. "AI-based algorithms could predict at which point in the bioprocess samples should be taken – that would be smart and extremely helpful for efficient data collection," says Anane. A team led by Frédéric de Lapierre from Munich University of Applied Sciences is also working with AI-based solutions. He presented a machine learning algorithm that automatically prepares the composition of the nutrient solution in a microbioreactor, checks growth and makes suggestions for improved media mixtures.

Ob Dünger, Pestizide oder schwere Landmaschinen: Die intensive Landwirtschaft ist mitverantwortlich für das weltweite Artensterben. Fachleute raten daher seit langem, mit Fruchtfolgen oder Blühwiesen sowie Boden erhaltenden Maßnahmen wie Mulchen auf mehr Vielfalt beim Ackerbau zu setzen. In einer großangelegten Studie der Universitäten Hohenheim und Kopenhagen haben Forschende nun erstmals die Auswirkungen einer diversifizierten Landwirtschaft weltweit untersucht.

Die Ergebnisse der im Fachjournal „Science“ erschienenen Studie belegen eindeutig, dass Vielfalt in der Landwirtschaft nicht nur der Artenvielfalt zugutekommt, sondern sich auch für Landwirtinnen und Landwirte auszahlt.

Positive Effekte für biologische Vielfalt und Ernährungsicherung

„Es ist eine einfache Botschaft, die wir an die verschiedenen Arten von Betrieben weitergeben können – ob es sich nun um kleine Betriebe in Südamerika oder Afrika oder um die fortschrittliche europäische Landwirtschaft handelt. Es gibt viele positive Effekte, die durch die Einführung von verschiedenen Strategien erzielt werden können – und sehr wenig zu befürchten“, so Ingo Grass von der Universität Hohenheim und einer der beiden Hauptautoren der Studie. „Es ist sehr gut, dass so viele verschiedene Maßnahmen ergriffen werden können und dass im Allgemeinen ein positiver Einfluss auf die biologische Vielfalt mit Wohlbefinden und Ernährungssicherheit Hand in Hand zu gehen scheint.“

Im Rahmen der globalen Agrarstudie hatten 58 Forschende aus fünf Kontinenten Daten von weltweit 24 Forschungsprojekten mit insgesamt 2.655 landwirtschaftlichen Betrieben ausgewertet – von der Maisproduktion in Malawi über Gummibäume in Indonesien bis hin zum Anbau von Winterweizen in Deutschland und zur silvopastoralen Rinderhaltung in Kolumbien, bei der Nutztierhaltung und die Kultivierung von Bäumen oder Sträuchern kombiniert werden.

Diese enthielten Daten zu Auswirkungen von mehr als 20 verschiedenen Arten von Diversifizierungspraktiken, die das Forschungsteam in fünf große Kategorien unterteilte – in die zeitliche Diversifizierung des Anbaus mit mehr als zwei Kulturen als Fruchtfolge, die Nicht-Kultur-Diversifizierung etwa durch Hecken oder Blühstreifen, die Erhaltung des Bodens durch Maßnahmen wie Mulchen oder Ausbringung von Kompost sowie die Diversifizierung der Tierhaltung und der Wasserschutz.

Whether fertilisers, pesticides or heavy agricultural machinery: Intensive farming is partly responsible for the global extinction of species. Experts have therefore long been advising farmers to use crop rotations or flowering meadows as well as soil conservation measures such as mulching to increase diversity in arable farming. In a large-scale study conducted by the Universities of Hohenheim and Copenhagen, researchers have now analysed the effects of diversified agriculture worldwide for the first time.

The results of the study, published in the journal Science, clearly show that diversity in agriculture not only benefits biodiversity, but also pays off for farmers.

Positive effects for biodiversity and food security

"It's a simple message that we can pass on to different types of farms – whether it's small farms in South America or Africa or advanced European agriculture. There are many positive effects that can be achieved by implementing different strategies – and very little to worry about," said Ingo Grass from the University of Hohenheim and one of the two lead authors of the study. "It is very good that so many different measures can be taken and that, in general, a positive impact on biodiversity seems to go hand in hand with well-being and food security."

As part of the global agricultural study, 58 researchers from five continents analysed data from 24 research projects worldwide with a total of 2,655 farms – from maize production in Malawi and rubber trees in Indonesia to the cultivation of winter wheat in Germany and silvopastoral cattle farming in Colombia, which combines livestock farming and the cultivation of trees or shrubs.

These included data on the impact of more than 20 different types of diversification practices, which the research team divided into five broad categories – temporal crop diversification with more than two crops in rotation, non-crop diversification such as hedgerows or flower strips, soil conservation through measures such as mulching or compost application, and livestock diversification and water conservation.

Armaturenbretter aus Sisal, Türverkleidungen aus Flachsfasern oder Sitzschäume aus Soja: In der Fahrzeugindustrie werden immer öfter erdölbasierte Materialien durch biobasierte Werkstoffe wie naturfaserverstärkte Kunststoffe ersetzt. Meist handelt es sich dabei um Verkleidungsteile, die keinen hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Bauteile wie Fahrzeugunterböden müssen hingegen jedem Crash standhalten und bestehen daher oft aus glasfaserverstärkten Kunststoffen. Diese sogenannten Hochleistungswerkstoffe ebenfalls durch leistungsstarke biobasierte Materialien im Automobilbau zu ersetzen, das ist einem Forschungsteam nun gelungen.

Unterboden aus Naturfasern und Kunststoff-Rezyklat

Gemeinsam mit Industriepartnern entwickelten Forschende vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung – Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) einen Fahrzeugunterboden, der aus Naturfasern sowie recycelten Kunststoffen besteht. Durch den Einsatz von Flachs-, Hanf- und Cellulosefasern besteht das Fahrzeugteil bis zu 45 % aus Naturfasern. Zudem wurde bei der Herstellung des Naturfaser-Kunststoff-Compounds vollständig auf neue Polymere wie Polypropylen verzichtet und es kamen ausschließlich Rezyklat zum Einsatz.

Die Entwicklung des neuen Bauteils wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Neben den Fraunhofer-Forschenden waren daran beteiligt das Thüringische Institut für Textil- und Kunststofftechnik (TITK), die Röchling Automotive SE & Co. KG, die BBP Kunststoffwerk Marbach Baier GmbH sowie die Audi AG. Für die Entwicklung der biobasierten Materialien für den Spritzguss war das WKI-Team verantwortlich. Hier kam es vor allem auf die richtige Kombination der Compounds an.

Keine Einbuße bei Steifigkeit und Festigkeit

„Naturfaser-Spritzguss-Compounds sind bisher vor allem durch Festigkeits- und Steifigkeitssteigerungen gegenüber unverstärkten Polymeren bekannt. Bei der Entwicklung im Fahrzeugunterboden ist es darüber hinaus gelungen, durch eine innovative Kombination von ausgewählten Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) als Matrix und Naturfasern unterschiedlicher Reinheitsgrade die hohen Anforderungen an die Kaltschlagzähigkeit zu erfüllen, ohne dabei die geforderte Steifigkeit und Festigkeit einzubüßen“, erklärt Moritz Micke-Camuz, Projektleiter am Fraunhofer WKI.

Die Projektpartner am TITK und bei Röchling stellten schließlich aus dem naturfaserverstärkten Mischfaservlies erste Faserverbundbauteile (Lightweight-Reinforced-Thermoplastic, LWRT) her. Damit der Unterboden auch gegen Feuchtigkeit gewappnet ist, mussten die Flachs- und Hanffasern imprägniert werden. Hierfür entwickelte das Fraunhofer WKI ein Furfurylierungsverfahren für LWRT-Bauteile, wodurch die Feuchtigkeitsaufnahme der Fasern um bis zu 35 % reduziert wurde, ohne die Biegefestigkeit der späteren Bauteile zu beeinträchtigen.

Bio-Leichtbau-Material für Serienproduktion geeignet

Komponententests sowie Fahrversuche mit den ersten hergestellten Prototypbauteilen waren vielversprechend. Im Rahmen der Serienerprobung in der vom VW-Konzern neuen „Premium Platform Electric“ seien erfreuliche Testergebnisse erzielt worden, heißt es. Demnach erfüllten die neu entwickelten Bioverbundwerkstoffe alle technischen Anforderungen an Unterbodenbauteile und erwiesen sich als absolut serientauglich. Weder der Einsatz von Naturfasern, noch von (Post-Consumer-)Rezyklaten habe zu einer signifikanten Beeinträchtigung der Eigenschaften geführt. Den Forschenden zufolge könnten aus technischer Sicht Fahrzeugunterböden zukünftig vollständig aus dem neuen, hochleistungsfähigen Bio-Leichtbau-Material hergestellt werden.

CO₂-Emissionen um 40 % reduziert

Darüber hinaus fällt auch die CO₂-Bilanz des neuen Fahrzeugteils wesentlich günstiger aus. Durch den Einsatz von Naturfasern und Rezyklat können demnach CO₂-Emissionen während der Produktion, der Nutzung und des Produktlebens um bis zu 40 % reduziert werden, schreiben die Forschenden.

Dashboards made of sisal, door panels made of flax fibres or seat foams made of soya: in the automotive industry, petroleum-based materials are increasingly being replaced by bio-based materials such as natural fibre-reinforced plastics. These are mostly trim parts that are not exposed to high mechanical loads. Components such as vehicle underbodies, on the other hand, have to withstand every crash and are therefore often made of glass fibre-reinforced plastics. A research team has now succeeded in replacing these so-called high-performance materials with high-performance bio-based materials in automotive engineering.

Subfloor made from natural fibres and recycled plastic

Together with industrial partners, researchers from the Fraunhofer Institute for Wood Research – Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) have developed a vehicle underbody made from natural fibres and recycled plastics. By using flax, hemp and cellulose fibres, the vehicle part consists of up to 45% natural fibres. In addition, new polymers such as polypropylene were completely avoided in the production of the natural fibre-plastic compound and only recycled materials were used.

The development of the new component was funded by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Protection. In addition to the Fraunhofer researchers, the Thuringian Institute for Textile and Plastics Technology (TITK), Röchling Automotive SE & Co. KG, BBP Kunststoffwerk Marbach Baier GmbH and Audi AG. The WKI team was responsible for developing the bio-based materials for injection moulding. The right combination of compounds was particularly important here.

No loss of rigidity and strength

"Natural fibre injection-moulded compounds are known primarily for their increased strength and stiffness compared to unreinforced polymers. In the development of the vehicle underbody, an innovative combination of selected post-consumer recyclates (PCR) as a matrix and natural fibres of varying degrees of purity has also made it possible to meet the high requirements for cold impact strength without sacrificing the required stiffness and strength," explains Moritz Micke-Camuz, project manager at the Fraunhofer WKI.

The project partners at the TITK and at Röchling finally produced the first fibre composite components (Lightweight Reinforced Thermoplastic, LWRT) from the natural fibre-reinforced mixed fibre nonwoven. The flax and hemp fibres had to be waterproofed so that the subfloor was also protected against moisture. For this purpose, the Fraunhofer WKI developed a furfurylation process for LWRT components, which reduced the moisture absorption of the fibres by up to 35% without impairing the flexural strength of the subsequent components.

Bio-lightweight material suitable for series production

Component tests and road tests with the first prototype components produced were very promising. The test results achieved during series testing in the VW Group's new "Premium Platform Electric" were encouraging. Accordingly, the newly developed biocomposites met all technical requirements for underbody components and proved to be absolutely suitable for series production. Neither the use of natural fibres nor of (post-consumer) recyclates led to any significant impairment of the properties. According to the researchers, from a technical point of view, vehicle underbodies could be made entirely from the new, high-performance lightweight bio-construction material in the future.

CO₂ emissions reduced by 40 %

In addition, the carbon footprint of the new vehicle part is also significantly more favourable. By using natural fibres and recycled material, CO₂ emissions can be reduced by up to 40 % during production, use and product life, the researchers write.

Überschwemmungen, Dürre und Hitze machen Landwirtinnen und Landwirten hierzulande das Leben zunehmend schwer. Wichtige Ökosystemleistungen wie Wasserversorgung und Bodenfruchtbarkeit werden durch den Klimawandel beeinträchtigt und sorgen für Ernteverluste. Ein Weg, der Krise zu begegnen, ist die regenerative Landwirtschaft. Hier stehen Maßnahmen zur Regeneration von Boden und Bodenlebewesen und zum Erhalt der Biodiversität im Fokus. Statt einer intensiven Bewirtschaftung wird die Bearbeitung des Bodens reduziert und der Boden durch eine dauerhafte Bepflanzung abgedeckt. Das wiederum sorgt dafür, dass der Boden kühl bleibt, weniger Nährstoffe durch Regen ausgewaschen werden und der Wasserspeicher im Boden geschützt wird.

Seit 2020 wird im Projekt AKHWA untersucht, inwiefern der regenerative Ackerbau tatsächlich geeignete Strategien bietet, um die Landwirtschaft an den Klimawandel anzupassen. Das Vorhaben unter der Leitung der Universität Kassel wird vom Land Hessen im Rahmen des Integrierten Klimaschutzplans 2025 mit 2,5 Mio. Euro gefördert. Daran beteiligt sind landwirtschaftliche Betriebe aus Hessen sowie Forschende der Universität Gießen.

Positive Effekte auf Boden und Bodenlebewesen

Nach vier Jahren liefert das Vorhaben erste vielversprechende Ergebnisse. Die Feldversuche zeigen, dass durch eine reduzierte Bodenbearbeitung sowie die Zugabe von Kompost der Kohlenstoffgehalt in den oberen 100 cm des Bodens um bis zu 27 % erhöht war. Der Einsatz von Mulchdecken führte dazu, dass der Boden deutlich kühler ist und mehr Wasser speichern kann.

Die Maßnahmen der regenerativen Landwirtschaft hatten zudem einen positiven Effekt auf das Bodenleben und die Bodenstruktur. Den Forschenden zufolge waren die Böden resilienter gegen Starkregen, was dazu führte, dass mehr Wasser von den Böden aufgenommen wurde und diese damit weniger anfällig für Erosion waren. Obwohl all diese aufbauenden Maßnahmen den Kohlenstoff- und Nährstoffgehalt im Boden erhöhten, zeigen die bisherigen Ergebnisse keinen Anstieg der Treibhausgasemissionen.

Projekt wird verlängert

Das Projekt AKHWA ist nun in die Verlängerung gegangen. In den kommenden vier Jahren will das Konsortium Kosten- und Leistungsdaten aus den landwirtschaftlichen Betrieben mit den Ökosystemleistungen vergleichen sowie mögliche Auswirkungen des regenerativen Ackerbaus auf das Land Hessen modellieren.

Floods, drought and heat are making life increasingly difficult for farmers in this country. Important ecosystem services such as water supply and soil fertility are being impaired by climate change, resulting in crop losses. One way to counter the crisis is regenerative agriculture. Here, the focus is on measures to regenerate soil and soil organisms and to preserve biodiversity. Instead of intensive cultivation, tillage is reduced and the soil is covered by permanent planting. This in turn ensures that the soil remains cool, fewer nutrients are washed out by rain and the water reservoir in the soil is protected.

Since 2020, the AKHWA project has been investigating the extent to which regenerative arable farming actually offers suitable strategies for adapting agriculture to climate change. The project, led by the University of Kassel, is being funded by the state of Hesse with 2.5 million euros as part of the Integrated Climate Protection Plan 2025. Farmers from Hesse and researchers from the University of Giessen are involved in the project.

Positive effects on soil and soil organisms

After four years, the project has delivered promising initial results. The field trials show that reduced tillage and the addition of compost increased the carbon content in the top 100 cm of the soil by up to 27%. The use of mulch blankets resulted in the soil being significantly cooler and able to store more water.

The regenerative farming measures also had a positive effect on soil life and soil structure. According to the researchers, the soils were more resilient to heavy rainfall, which meant that more water was absorbed by the soils, making them less susceptible to erosion. Although all these restorative measures increased the carbon and nutrient content in the soil, the results so far show no increase in greenhouse gas emissions.

Project is being extended

The AKHWA project has now been extended. Over the next four years, the consortium intends to compare cost and performance data from farms with ecosystem services and to model the potential impact of regenerative arable farming on the state of Hesse.

Die Corona-Pandemie hat gezeigt, wie wirksam Atemschutzmasken vor dem SARS-CoV-2-Virus schützen können. Die aus mehreren Lagen Vlies besehenden Masken mussten allerdings regelmäßig gewechselt werden, weil sie keinen Langzeitschutz boten. Die Pandemie hat damit jede Menge Müll hinterlassen. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation verursachten Atemschutzmasken neben Plastikhandschuhen im Jahr 2022 den meisten Medizinmüll und stellten die Entsorgungssysteme weltweit vor große Herausforderungen. Mit der Entwicklung einer nachhaltigeren Atemschutzmaske wollen Thüringer Forschende hier gegensteuern.

Biokunststoff mit pflanzlichem Wirkstoff als Virenschutz

Im Projekt InnoMask wollen Forschende der Technischen Universität Ilmenau mit zwei Thüringer Unternehmen aus der Medizinbranche für die Maskenherstellung biobasierte Kunststoffe entwickeln, die mit antibakteriellen pflanzlichen Wirkstoffen versehen sind. Diese innovativen Masken sollen nicht nur effektiv vor Viren und Bakterien schützen, sondern auch wiederverwendbar und biologisch abbaubar sein.

Recycelbar und wiederverwertbar

„Wenn wir Rohstoffe wie zum Beispiel Maisstärke verwenden, könnten wir Kunststoffe herstellen, die biologisch abbaubar sind. Dann könnte man die benutzten Masken auch in die Biotonne oder den Kompost werfen – oder noch besser: dann könnten die Masken recycelt und wiederverwendet werden“, sagt Florian Puch, Leiter des Fachgebiets Kunststofftechnik der TU Ilmenau. Die Forschenden sind überzeugt, dass Masken aus dem neuen Biokunststoff – etwa aus Polymilchsäure – nach der Reinigung wieder in die Produktionskette eingeführt und zur Herstellung neuer Atemschutzmasken oder anderer Produkte wiederverwendet werden können.

Inwiefern das innovative Material biologisch abbaubar ist, wird im Projekt die WTA Technologies GmbH, ein Hersteller von medizinischen Masken und Membranfiltern, untersuchen. Der Spezialist für technische Textilien, die Thorey Gera Textilveredelung, ist für die Fertigung der FFP2-Masken verantwortlich. Das kürzlich gestartete Projekt namens InnoMask wird in den kommenden drei Jahren vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit 1,1 Mio. Euro gefördert.

Zum dritten Mal seit ihrem Debut im Jahr 2010 fanden die Deutschen Biotechnologietage in Berlin statt. Zu dem jährlichen Branchentreffen der Biotechnologie-Akteure waren diesmal mehr als 900 Teilnehmende ins Kongresszentrum bcc in Berlin-Mitte gekommen. Organisiert wurde die Konferenz vom 16. bis 17. April vom Branchenverband BIO Deutschland sowie dem Arbeitskreis der Bioregionen. Das Bundesland Rheinland-Pfalz und die Landeshauptstadt Mainz waren in diesem Jahr Partnerregion.

„Die Biotechnologie in Deutschland ist bunt, vielschichtig und divers“, sagte der BIO Deutschland-Vorstandsvorsitzende Oliver Schacht, und begrüßte in Berlin Gäste aus 21 Nationen. 19 Symposien beleuchteten Top-Themen aus der Medizin (etwa Gen- und Zelltherapien, personalisierte Krebsmedizin) sowie wichtige Entwicklungen in der industriellen Biotechnologie und im Agrarsektor. Selbstverständlich standen auch die Branchen-Dauerbrenner-Themen wie Innovationspolitik und Finanzierung auf der Agenda.

Förderinitiative GO-Bio vor Comeback

In Vertretung von Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger begrüßte Veronika von Messling, die im BMBF die Abteilung Lebenswissenschaften leitet, die Teilnehmenden. „Das Potenzial der Biotechnologie ist außerordentlich, sie prägt Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft“, sagte von Messling. Das gelte nicht nur in der Entwicklung von neuen Therapien, sondern auch für die Landwirtschaft. „Klar ist aber auch: Innovationen benötigen Zeit und Kapital“, sagte sie. In dieser Hinsicht leiste das BMBF mit der Forschungs- und Innovationsförderung in der Gesundheitsforschung als auch für die Bioökonomie seinen Beitrag. Eine gute Nachricht hatte von Messling in Sachen Gründungsförderung in der Biotechnologie: „Diesen Herbst werden wir eine Neuauflage von GO-Bio auf den Weg bringen.“ Zuletzt waren Forscherteams im Jahr 2018 mit der begehrten Start-up-Förderung ausgezeichnet worden.

Biotech-Initiative der EU-Kommission

Kristin Schreiber von der EU-Kommission, die als Direktorin in der Generaldirektion GROW für Chemikalien, Lebensmittel und Einzelhandel zuständig ist, ging insbesondere auf die „Biotechnology and Biomanufacturing Initiative“ ein, mit der die EU-Kommission im März dieses Jahres für Aufsehen gesorgt hatte. Kurz vor den Europawahlen handele es sich bei dem Papier um eine wichtige Weichenstellung, damit die nächste EU-Kommission gleich loslegen könne, sagte Schreiber.

Mit der Initiative soll der Technologietransfer aus dem Labor zum Markt in Europa stärker vorangetrieben werden, etwa durch eine vereinfachte Biotechnologie-Gesetzgebung. Zugleich solle die Nachfrage nach biobasierten Produkten stimuliert werden, zum Beispiel mit der öffentlichen Beschaffung als einem Hebel. „Mit dem EU Biotech Hub soll eine Plattform entstehen, die Unternehmen durch den regulatorischen Dschungel geleitet und auch Unterstützung für das Scale-up bietet“. Auf dem Weg in einen klimaneutralen Kontinent müsse die Bioökonomiestrategie der EU weiterentwickelt werden.

Bio-LNG ist ein Mix aus fossilem Flüssigerdgas (LNG) und verflüssigtem Biomethan. Da Biomethan aus nachhaltigen Reststoffen, wie beispielsweise Gülle und Mist gewonnen wird, ist dessen sogenannte CO₂-Intensität negativ. Durch das entstehende Gemisch Bio-LNG aus Biomethan und fossilem Methan können daher CO₂-Emissionen eingespart werden.

Mitte April hat Shell Deutschland nun die bundesweit größte Anlage zur Herstellung von Bio-LNG im Energy and Chemicals Park Rheinland im Kölner Süden feierlich in Betrieb genommen. Bis zu 100.000 Tonnen des CO₂-ärmeren Kraftstoffes sollen hier jährlich für Schwerlasttransporter produziert werden.

„Damit könnten jährlich 4.000 bis 5.000 LNG-Lkw betankt und bis zu einer Million Tonnen CO₂ vermieden werden“, teilte Shell mit. „Die Eröffnung ist ein wichtiges Signal für Investitionen, Arbeitsplatzsicherung sowie Strukturwandel – und damit Teil der Energiewende in Deutschland“, sagte Michael Kellner, Parlamentarischer Staatssekretär des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz, bei der Eröffnung der Anlage.

Anlage zur Verflüssigung von Biomethan

„Wir wollen die gesamte Wertschöpfungskette für Bio-LNG bedienen. Dafür hat Shell bereits ein europaweites Netz mit 90 Tankstellen zur Betankung von LNG-Lkw aufgebaut, darunter 36 Stationen in Deutschland. Mit dem Verflüssiger im Rheinland treiben wir nicht nur die Transformation des Standortes voran, sondern fügen der Wertschöpfungskette einen weiteren wichtigen Baustein hinzu“, sagt Felix Faber, Geschäftsführer von Shell Deutschland.

Biomethan kann aus einer Vielzahl unterschiedlicher organischer Abfälle wie landwirtschaftlichen Rückständen, Siedlungsabfällen und Gülle hergestellt werden. Die CO₂-Intensität von Biomethan variiert je nach Ausgangsmaterial stark und beträgt zwischen -88 gCO₂/MJ und +50 gCO₂/MJ. Fossiles LNG – oft als graues LNG bezeichnet – hat eine CO₂-Intensität von 74 g CO₂/MJ. Durch die Mischung von Biomethan und fossilem Methan unterschiedlicher CO₂-Intensitäten ist Shell nach eigenen Angaben in der Lage, LNG-Kraftstoff mit einer durchschnittlichen CO₂-Intensität von 0 gCO₂/MJ oder weniger anzubieten.

Shell will eigenen Angaben nach bis 2050 ein „Netto-Null-CO₂-Unternehmen“ werden und daher seine Aktivitäten „bei CO₂-ärmeren Molekülen, wie in Bio-LNG für Lkw-Kraftstoffe“ weiter ausbauen. Die Eröffnung der Anlage ist hierfür ein wichtiger Baustein.

Biomethan überzeugt als Treibstoff

Dass Treibstoffe aus landwirtschaftlichen Reststoffen – vor allem Biomethan – eine vielversprechende und kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Kraftstoffen sein können, hat kürzlich eine Studie der Universität Hohenheim gezeigt. Die Untersuchungen ergaben, dass mit regenerativ erzeugtem Bio-LNG als Lkw- und Landmaschinen-Treibstoff der CO₂-Ausstoß im Schnitt um mehr als 65 % verringert werden kann.

bb/pg

Bio-LNG is a mix of fossil liquefied natural gas (LNG) and liquefied biomethane. As biomethane is obtained from sustainable residues such as slurry and manure, its CO₂ intensity is negative. The resulting mixture of bio-LNG from biomethane and fossil methane can therefore reduce CO₂ emissions.

In mid-April, Shell Deutschland officially opened Germany's largest plant for the production of bio-LNG at the Energy and Chemicals Park Rheinland in the south of Cologne. Up to 100,000 tonnes of the less carbon-intensive fuel are to be produced here annually for heavy goods vehicles.

"This could fuel 4,000 to 5,000 LNG trucks a year and avoid up to one million tonnes of CO₂," Shell announced. "The opening is an important signal for investment, job security and structural change – and therefore part of the energy transition in Germany," said Michael Kellner, Parliamentary State Secretary at the Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Protection, at the opening of the plant.

Plant for the liquefaction of biomethane

"We want to serve the entire value chain for bio-LNG. To this end, Shell has already established a Europe-wide network of 90 filling stations for refuelling LNG trucks, including 36 stations in Germany. With the liquefier in the Rhineland, we are not only driving forward the transformation of the site, but also adding another important building block to the value chain," says Felix Faber, Managing Director of Shell Germany.

Biomethane can be produced from a variety of different organic wastes such as agricultural residues, municipal waste and liquid manure. The CO₂ intensity of biomethane varies greatly depending on the source material and is between -88 gCO₂/MJ and +50 gCO₂/MJ. Fossil LNG – often referred to as grey LNG – has a CO₂ intensity of 74 g CO₂/MJ. By blending biomethane and fossil methane of different CO₂ intensities, Shell says it is able to offer LNG fuel with an average CO₂ intensity of 0 gCO₂/MJ or less.

According to Shell, it wants to become a "net-zero CO₂ company" by 2050 and is therefore further expanding its activities "in lower-CO₂ molecules, such as in bio-LNG for truck fuels". The opening of the plant is an important building block for this.

Biomethane makes a convincing fuel

A recent study by the University of Hohenheim has shown that fuels from agricultural residues – especially biomethane – can be a promising and cost-effective alternative to conventional fuels. The investigations showed that using regeneratively produced bio-LNG as a fuel for lorries and agricultural machinery can reduce CO₂ emissions by more than 65% on average.

bb/pg

Die Mehrheit der Landpflanzen lebt in Symbiose mit Mykorrhiza-Pilzen. Die Pilzgeflechte an den Wurzeln versorgen die Pflanzen mit wichtigen Nährstoffen wie Phosphor und Stickstoff sowie Wasser aus dem Boden. Im Gegenzug wird der Pilz mit Kohlenstoff ernährt, den die Pflanze aus der Photosynthese gewinnt und beisteuert. Wie wichtig diese Lebensgemeinschaft für Pflanzen, Pilze sowie Ökosysteme ist, wurde bereits mit Studien untermauert.

Dass jedoch insbesondere Wälder von ganzen Netzwerken aus Pflanzenwurzeln und Pilzgewebe durchzogen sein könnten, ist in der wissenschaftlichen Community bislang umstritten. Ein internationales Konsortium unter Beteiligung der Universität Bayreuth liefert nun den Beweis für die Existenz dieses sogenannten Wood Wide Web sowie dessen Funktion und Bedeutung. Die Forschenden berichten im Fachjournal „Nature Plants“ über ihre Arbeiten.

Mykoheterotrophe Pflanzen liefern Beweis für Wood Wide Web

Im Rahmen der Studie haben die Forschenden die Bedeutung des unterirdischen Netzwerkes kritisch hinterfragt und dafür die Fachliteratur auf Hinweise zum Vorkommen des Wood Wide Web durchforstet. Hier stellten sie fest, dass bisher eine wichtige Pflanzengruppe weitgehend übersehen wurde, die nach Überzeugung der Wissenschaftler allerdings „einen ganz offensichtlichen Beleg für die Existenz von Mykorrhiza-Netzwerken liefert“ – und zwar die mykoheterotrophen Pflanzen.

Mykoheterotrophe Pflanzen erhalten anders als autotrophe Pflanzen, zu denen grüne Pflanzen zählen, Kohlenstoff nicht aus der Photosynthese der Pflanze, sondern über einen Pilzpartner. Diese bisher wenig beachteten kleinen Waldpflänzchen nahm das Forschungsteam nun genauer ins Visier.

Mykorrhiza-Pilze bilden weitere Partnerschaft mit Waldbäumen

Der Studie zufolge besitzen mykoheterotrophe Pflanzen zwar keine grünen Blätter und müssen sich daher vollständig auf Kosten der Mykorrhiza-Pilze ernähren. Diese Pilzpartner gehen jedoch gleichzeitig eine zweite Partnerschaft mit Waldbäumen ein und vermitteln so den Kohlenstoffaustausch zwischen den Pflanzen. Diese mykoheterotroph lebenden Pflanzen seien zwar meist klein und würden am Waldboden schnell übersehen, würden jedoch den entscheidenden Nachweis für die Bedeutung des „Wood Wide Web“ liefern, da Mykorrhiza-Netzwerke in Wäldern den Kohlenstofftransfer zwischen den Pflanzen unterstützen, schreiben die Forschenden.

„Damit belegen die vollständig mykoheterotrophen Pflanzen die Existenz von Mykorrhiza-Netzwerken, an denen mindestens drei Partner – zwei Pflanzen und ein Pilz – beteiligt sind“, sagt der Bayreuther Forscher Gerhard Gebauer, der gemeinsam mit seiner Kollegin Franziska Zahn an der Studie mitgewirkt hat.

Kohlenstofftransfer auf verschiedenen Wegen möglich

Diese Erkenntnisse würden nicht nur die bisherige Lehrmeinung des Kohlenstoff-gegen-Nährstoff-Transfers in der Symbiose zwischen einem Pilz und einer Pflanze infrage stellen. Auch die Annahme, dass sich alle grünen Pflanzen strikt durch Kohlenstoffgewinn über die Photosynthese ernähren, müsse hinterfragt werden. Wie die Forschenden schreiben, gibt es eine Bandbreite an Möglichkeiten für den Kohlenstofftransfer.

Neben den vollständig mykoheterotrophen Pflanzen, die Kohlenstoff ausschließlich vom Pilzpartner beziehen, und den autotrophen Pflanzen, die Kohlenstoff ausschließlich aus der Photosynthese erhalten, gibt es nach Ansicht der Forschenden auch Pflanzen, „die sich zu unterschiedlichen Anteilen auf Kosten des Pilzpartners und aus der Photosynthese ernähren“.

The majority of land plants live in symbiosis with mycorrhizal fungi. The fungal networks on the roots supply the plants with important nutrients such as phosphorus and nitrogen as well as water from the soil. In return, the fungus is nourished with carbon, which the plant obtains and contributes from photosynthesis. Studies have already confirmed the importance of this biocoenosis for plants, fungi and ecosystems.

However, the fact that forests in particular could be permeated by entire networks of plant roots and fungal tissue has been controversial in the scientific community to date. An international consortium involving the University of Bayreuth has now provided proof of the existence of this so-called Wood Wide Web as well as its function and significance. The researchers report on their work in the scientific journal "Nature Plants".

Mycoheterotrophic plants provide evidence for Wood Wide Web

As part of the study, the researchers critically examined the significance of the underground network and scoured the specialist literature for evidence of the existence of the Wood Wide Web. They found that one important group of plants had been largely overlooked until now, but which, according to the scientists, "provides very obvious evidence for the existence of mycorrhizal networks" – namely mycoheterotrophic plants.

Unlike autotrophic plants, which include green plants, mycoheterotrophic plants do not obtain carbon from the plant's photosynthesis, but from a fungal partner. The research team has now taken a closer look at these small forest plants, which have received little attention to date.

Mycorrhizal fungi form further symbiosis with forest trees

According to the study, mycoheterotrophic plants do not have green leaves and therefore have to feed themselves entirely at the expense of mycorrhizal fungi. However, these fungal partners simultaneously enter into a second partnership with forest trees and thus mediate the carbon exchange between the plants. Although these mycoheterotrophic plants are usually small and easily overlooked on the forest floor, they provide crucial evidence for the importance of the "Wood Wide Web", as mycorrhizal networks in forests support carbon transfer between plants, the researchers write.

"The fully mycoheterotrophic plants thus prove the existence of mycorrhizal networks in which at least three partners – two plants and a fungus – are involved," says Bayreuth researcher Gerhard Gebauer, who worked on the study together with his colleague Franziska Zahn.

Carbon transfer possible in various ways

These findings would not only call into question the previous doctrine of carbon versus nutrient transfer in the symbiosis between a fungus and a plant. The assumption that all green plants feed themselves strictly by obtaining carbon via photosynthesis must also be questioned. As the researchers write, there is a wide range of possibilities for carbon transfer.

In addition to completely mycoheterotrophic plants, which obtain carbon exclusively from the fungal partner, and autotrophic plants, which obtain carbon exclusively from photosynthesis, there are also plants, according to the researchers, "which feed to varying degrees at the expense of the fungal partner and from photosynthesis".

Das Team EveryCarbon um den Hamburger Mikrobiologen Johannes Gescher gehört zu den acht Gewinnerteams der SPRIND Challenge „Circular Biomanufacturing“. In den kommenden drei Jahren will die interdisziplinäre Gruppe beweisen, dass ausgestoßenes Kohlendioxid direkt als Kohlenstoffquelle für die mikrobielle Synthese von Produkten wie Kunststoffe genutzt werden kann. Die Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND unterstützt die Arbeit mit einer Fördersumme in Millionenhöhe (davon 1,5 Mio. Euro im ersten Jahr).