Würzburg

Pflanzen als Klimaretter: Forscher wollen Stoffwechsel verbessern

An der Uni Würzburg untersuchen Bioinformatiker in Modellen, wie Pflanzen noch mehr CO2 binden können.  Die Idee: durch Gen-Veränderungen die Klimaerwärmung eindämmen.
Pflanzen leisten einen großen Beitrag zur Bindung von CO2. Doch um den zusätzlichen Ausstoß durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe aufzufangen, müsste ihre Leistung noch viel effizienter sein. Genau dies ist Thema eines Forschungsprojekts an der Universität Würzburg.
Foto: Patrick Pleul, dpa | Pflanzen leisten einen großen Beitrag zur Bindung von CO2. Doch um den zusätzlichen Ausstoß durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe aufzufangen, müsste ihre Leistung noch viel effizienter sein.

Bis 2050 soll Europa klimaneutral sein – so steht es in Artikel 4 des Pariser Klimaabkommens. Klimaneutralität bedeutet ein Gleichgewicht zwischen Ausstoß und Bindung von CO2. Nur durch die Reduzierung der Treibhausgasemissionen ist dieses Ziel derzeit nach Einschätzung vieler Wissenschaftler allerdings nicht erreichbar. Was tun? Ein Ansatz ist, vermehrt CO2 aus der Atmosphäre zu "entfernen" und somit rechnerisch negative Emissionen zu erzeugen. Diese Idee, genannt Carbon Dioxide Removal, fällt unter den Bereich des Geoengineerings: Durch bewusste Eingriffe in das Klimasystem soll die menschgemachte Klimaerwärmung abgemildert werden.

Natürliche CO2-Verarbeitung von Pflanzen

Ein Faktor, der eine wichtige Rolle bei der Reduktion von CO2 in der Luft spielt, ist die Aufnahme und Umwandlung des Kohlendioxids durch Photosynthese. Etwa 123 Gigatonnen CO2 werden dadurch jährlich von Pflanzen gespeichert. Um den CO2-Überschuss, der insbesondere durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, auszugleichen, reicht die Leistung der Pflanzen allerdings nicht aus.

Doch die Photosynthese hat Potenzial für eine gesteigerte Speicherung von CO2 - und Forscher versuchen, dies zu nutzen. Denn die Photosynthese verläuft teilweise ineffizient: Die "Atmung" der Pflanzen, durch die CO2 freigesetzt wird, hat negative Auswirkungen auf die gesamte Bilanz der Photosynthese. Denn das zuständige Enzym RuBisCo fixiert CO2 nicht nur, sondern reagiert zu einem gewissen Grad auch empfindlich auf Sauerstoff und gibt dabei wieder CO2 an die Luft ab. Ohne diese Ineffizienz, so die Idee der Wissenschaftler, könnte die Pflanze deutlich höhere Mengen an CO2 fixieren und "ertragreicher" sein.

Würzburger Forscher modellieren optimierte CO2-Fixierung

Ein Team der Universität Würzburg um Professor Thomas Dandekar vom Lehrstuhl für Bioinformatik setzt hier an: Die Forscher wollen Pflanzen so verändern, dass sie mehr Kohlendioxid binden können. Die Kombination zweier bekannter gentechnischer Verfahren habe sich dabei bei den Modellrechnungen als besonders vielversprechend erwiesen, so Dandekar: Pro Chloroplaste, also pro Photosynthese-betreibende Zellorganelle, kann im Idealfall bis zu fünf Mal mehr CO2 gebunden werden.

Prof. Thomas Dandekar von der Uni Würzburg forscht mit seinem Team an modifizierten Pflanzen, die mehr CO2 binden könnnen, um so den Klimawandel zu bremsen. 
Foto: Philipp Brandstädter, dpa (Archivbild) | Prof. Thomas Dandekar von der Uni Würzburg forscht mit seinem Team an modifizierten Pflanzen, die mehr CO2 binden könnnen, um so den Klimawandel zu bremsen. 

„Unser Ergebnis ist also ein theoretischer Durchbruch, aber jetzt müssen natürlich noch die tatsächlichen Experimente kommen“, so Teamleiter Dandekar. Die Rechenergebnisse sollen in praktische Versuche umgesetzt werden. Der Bioinformatiker kann sich verschiedene Ansätze vorstellen: optimierte Bäume in der Aufforstung, Nutzpflanzen, deren Ertrag gesteigert wird, oder Algen, die die hohen CO2-Emissionen bei der Betonherstellung auffangen. Ob und bei welchen Pflanzen die gentechnische Veränderung wirklich den versprochenen Erfolg bringt, muss sich erst noch zeigen. Am realistischsten sei der Einsatz einer Technologie, wenn sie „auch schon lokal und direkt Erfolg bringt“, so der Bioinformatiker.

Ethische Fragen beim Einsatz von Gentechnik

Die Modellrechnungen in die Tat umzusetzen, werde kaum ohne den Einsatz gentechnischer Methoden gehen, so Dandekar: „Ein echter Vorteil ist, dass die gentechnischen Eingriffe in den Chloroplasten passieren.“ Der Rest der Pflanze könne also unverändert "weiterarbeiten" wie bisher.

Der Einsatz von Gentechnik ist besonders in Deutschland umstritten. Dr. Stephan Schleissing, Leiter des Programmbereichs „Ethik in Technik und Naturwissenschaften“ an der LMU München, verweist auf unterschiedliche Verfahren, die unter den Begriff "Gentechnik" fallen: "Bei der Bewertung sollte man bereit sein, zwischen verschiedenen gentechnischen Vorgehensweisen zu unterscheiden.“ Der gentechnische Eingriff geschehe je nach Verfahren auf unterschiedliche Weise, auch die Sicherheitsforschung sei nicht überall gleich weit fortgeschritten.

„Das eigentlich Schwierige ist, den Übergang zu gestalten“, beurteilt Schleissing die gentechnischen Eingriffe auf dem Weg zur Klimaneutralität. Sofern die Biosicherheitsforschung es zulasse, müssten dabei Kompromisse gemacht werden, die beispielsweise auch den Einsatz neuer Pflanzenzüchtungsverfahren wie der Genschere CRISPR/Cas möglich machen können.

Kategorisch bestimmte Techniken auszuschließen hält der Ethiker nicht für den richtigen Weg: „Wenn man die Realität zur Kenntnis nimmt, ist es wichtig zu erkennen, dass wir mit einem Problem wie dem Klimawandel mithilfe von Technik umzugehen haben.“ Allerdings brauche es für einen Einsatz erst die Akzeptanz in der breiteren Bevölkerung.

Die Zeit drängt

Die Notwendigkeit seiner Forschung sieht Dandekar in der rasch voranschreitenden Klimaerwärmung: „Das Problem ist nicht so sehr der erhöhte CO2-Spiegel, sondern dass es so schnell wie nie zuvor passiert.“ Obwohl biologische Systeme hervorragend auf Belastung reagierten, gebe es "Kipppunkte", an denen die Folgen der Erderwärmung nicht mehr umkehrbar sind und sich sogar selbst verstärken. "Bis dahin haben wir noch etwa zehn Jahre Zeit", sagt der Würzburger Bioinformatiker. "Für mich bedeutet das, dass wir in den nächsten zehn Jahren potenzielle Möglichkeiten ausprobieren sollten, das CO2 oder zumindest die weitere Erhöhung zu senken."

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Pflanzen spielten die entscheidende Rolle bei der CO2-Bindung, sagt Dandekar zum Ansatz seines Teams - "denn das ist eines der wenigen Räder, an denen wir drehen können“. Vorausgesetzt, die praktische Umsetzung erweist sich als so effizient wie in den theoretischen Berechnungen. 

Serie Bioökonomie

Dieser Artikel ist Teil der Serie Bioökonomie, die in loser Reihenfolge erscheint. Beteiligt sind rund 200 Studierende der Universität Würzburg, der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt und der Macromedia-Hochschule Köln. Alle Texte finden Sie unter: www.mainpost.de/bioökonomie
Das Projekt findet im Rahmen des "Wissenschaftsjahres 2020/21" statt und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Eine Multimediareportage der Studierenden finden Sie unter www.bioökonomie.info. Weitere Informationen gibt es unter www.wissenschaftsjahr.de
Quelle: jst
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