Der Klimawandel wird sich spürbar auf die Erträge u. a. von Weizen und Mais auswirken, zwei weltweit sehr wichtige Nahrungspflanzen. © zhuda/iStock/Getty Images Plus
Was wir essen, wird sich in den nächsten Jahrzehnten deutlich ändern. Eine wachsende Weltbevölkerung, die zunehmende Urbanisation, eine veränderte landwirtschaftliche Produktion und eine durch Klimaveränderungen sinkende Produktivität stellen die Welt vor Herausforderungen. Nicht nur für die Ernährung wird Land benötigt, sondern auch für nachwachsende Rohstoffe und für die Energiegewinnung.
Ein Umdenken auf allen Ebenen ist notwendig. Das Konzept der Bioökonomie, Motto des Wissenschaftsjahrs 2020/2021, schlägt den Bogen zwischen biologischem Wissen und biotechnologischen Entwicklungen, um die vorhandenen Ressourcen umwelt- und klimaschonend zu nutzen.
Trockene Böden, sinkende Erträge
Wie wichtig es ist, umzudenken und alle Kräfte zu mobilisieren, zeigt eine gerade publizierte Studie: Die Analyse eines internationalen Forschungsteams kommt zu einem bedenklichen Ergebnis: Der Klimawandel wird sich in weiten Teilen der Welt bereits in den nächsten 20 Jahren spürbar auf die Erträge wichtiger Kulturpflanzen wie Weizen und Mais auswirken – und damit um Jahrzehnte früher als bisher angenommen. Vor allem Mais wird deutlich geringere Ernten einbringen, aber auch Sojabohnen und Reis reagieren negativer auf den Klimawandel als in bisherigen Szenarien. Weniger eindeutig wird die Entwicklung für Weizen eingeschätzt [1].
Auf dem Weg zur Bioökonomie
„Um den Herausforderungen der Zukunft entgegenzuwirken, werden wir die Art, wie wir uns ernähren, auf globaler Ebene verändern müssen“, erläuterte Prof. Hannelore Daniel vom Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität (TU) München. Das Ziel sei kein kleineres als die Transformation einer Erdöl-basierten Wirtschaft in eine Bioökonomie. Die Wissenschaftlerin zitierte eine Schätzung der UN Food and Agriculture Organization (FAO), die einen Anstieg der erforderlichen Nahrungsmittelgewinnung bis 2050 um 70 % prognostiziert. Das sei zwar prinzipiell gut möglich, doch um dieses Ziel zu akzeptablen Kosten für den Planeten zu erreichen, seien vom high-tech-Saatgut bis zu low-tech-Landwirtschaft alle Möglichkeiten einzuschließen [2].
In einem ersten Schritt müssten wir alles, was wir bereits jetzt nutzen, wesentlich besser nutzen, hob Daniel hervor. Schon auf dem Feld gehe viel verloren, ebenso in der Lebensmittelproduktion, im Handel und auch bei den VerbraucherInnen. Insgesamt werde ein Drittel unserer Lebensmittel verschwendet; in weniger entwickelten Ländern bis zu 90 %.
Neue Technologien, neue Nahrungsquellen
Neue Technologien und neue Produkte werden Teil der Transformation sein. Wird bspw. eine Photovoltaik-Anlage mit einer mikrobiellen Proteinherstellung kombiniert, können Land und Sonnenlicht effektiver genutzt werden als beim konventionellen Anbau. Auch energieeffiziente Gewächshäuser sowie vertikale Landwirtschaft können v. a. in urbanen Räumen auf minimaler Fläche ertragreich produzieren.
Viehzucht und Milchwirtschaft benötigen viele natürliche Ressourcen. Einen Ausweg sieht Daniel u. a. in im Labor kultiviertem Fleisch, zwar technisch schon machbar, jedoch für den Markt noch zu teuer. Eine Alternative zu Fleisch eröffnet auch ein Protein, das aus einem Schimmelpilz gewonnen wird. Seine Fäden ähneln in Länge und Dicke denen von Muskelfasern. Weitere neue Proteinquellen sind Algen, Insektenlarven und Muscheln. Auch Milch könnte im Labor mithilfe von Bakterien oder Hefen entstehen.
Präzisier düngen, gezielter jäten
Im globalen Ernährungssystem seien in den nächsten Jahren weitreichende Transformationen nötig, bestätigte Prof. Dr. Regina Birner. Eine wichtige Rolle sieht die Agrarexpertin in neuen Technologien: So kommt eine mit digitaler Technik optimierte Präzisionslandwirtschaft mit bis zu 70–80 % weniger Pflanzenschutzmitteln aus als die konventionelle Landwirtschaft. Auch ein gezieltes Management des Bodens fördert den Ertrag ganz erheblich. Vor allem die Böden in Afrika südlich der Sahara weisen deutliche Defizite auf. Mehr organisches Material sowie nützliche Mikroorganismen könnten wesentlich dazu beitragen, den Boden fruchtbarer zu machen. Auch eine Agroforstwirtschaft, bei der Bäume und Sträucher mit Ackerkulturen und/oder Tierhaltung kombiniert werden, fördert den Humusaufbau.
Einen wichtigen Ansatz sieht Birner in Genom-editierenden Züchtungstechnologien, um Resistenzen gegen Krankheiten und Schädlinge zu verbessern sowie robustere Sorten gegen den Klimastress zu selektionieren. Will man Pflanzen gegen einen Pilz schützen, dann sei Genome-Editing, bspw. über CRISPR-Cas-Technik, gut geeignet, denn so könne man gezielt eine Resistenz einbauen und Pflanzenschutzmittel sparen. Die Anwendung von Genome-Editing könne den Züchtungsfortschritt um 6–50 Jahre beschleunigen und vorteilhafte Eigenschaften der Wildarten mit Vorteilen der Hochleistungssorten kombinieren, betonte Birner. Die Wissenschaftlerin plädierte für mehr Mut, um Dinge anzupacken und verantwortungsbewusst auszuprobieren.
Neue Wege in der Pflanzenproduktion
Mehr denn je sind Nutzpflanzen als Leistungsträger gefragt. Sie müssen dem Klimawandel trotzen und die Ernährung sichern, ohne ihre Vielfalt einzubüßen. „Die sich abzeichnenden Veränderungen stellen auch die Erzeugung pflanzlicher Nahrungsmittel vor enorme Herausforderungen“, betonte Prof. Nicolaus von Wirén vom Leibniz- Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben. Die Menge und Qualität pflanzlicher Produkte müssten trotz eines reduzierten Einsatzes von Düngemitteln und Pestiziden weiter gesteigert oder zumindest stabil gehalten werden. Kulturpflanzen wie Gerste, Mais und Weizen sollen aber auch Hitze, Trockenheit und Nährstoffmangel und Krankheiten besser standhalten.
Um das Ziel einer ressourcenschonenden und damit nachhaltigen Landwirtschaft zu erreichen, werden stresstolerante, aber dennoch ertragreiche Pflanzen benötigt, berichtete von Wirén. Sein Team untersucht, wie Pflanzen auf abiotische Stressfaktoren wie Trockenheit oder Nährstoffmangel reagieren. Die WissenschaftlerInnen fahnden nach Genen, die die Stresstoleranz und den Ertrag erhöhen. Diese Gene oder benachbarte Genabschnitte im Genom einer Pflanze können als Marker in der klassischen Pflanzenzüchtung genutzt werden. Molekulare Verfahren, wie die Genome-Editierung, böten die Möglichkeit, die Funktion bestimmter ertrags- oder stressrelevanter Gene gezielt und deutlich schneller als bei der klassischen Züchtung zu beeinflussen, betonte auch er.
Werte im Konflikt
Viele der globalen Herausforderungen stehen miteinander im Widerstreit: Wir müssen genügend Nahrungsmittel für alle Menschen produzieren – sowohl aus humanitären Gründen als auch um Migrationsbewegungen entgegenzuwirken. Wir brauchen aber auch landwirtschaftliche Nutzflächen zum Anbau pflanzlicher Biomasse, um weniger fossile Rohstoffe für die Energiegewinnung als auch für die Synthese von Produkten zu nutzen. Gleichzeitig müssen die Böden geschützt, die Artenvielfalt erhalten und Tiere artgerecht gefüttert und gehalten werden. Aber auch Kohlendioxid muss an vielen Stellen eingespart werden. Das alles verlangt einen anderen Blick auf unsere Ernährungswelt, resümiert Hannelore Daniel. „Wir müssen unser allzu romantisches Bild von Lebensmittelproduktion verändern und offener für neue Technologien werden.“ Die Wissenschaftlerin plädierte für einen neuen Dialog, mehr Transparenz und Mut auf politischer und gesellschaftlicher Ebene: „Vertrauen ist der Schlüssel der Zukunft.“
Hannelore Gießen M.Sc.
Redaktionsbüro Medizin/Wissenschaft
Gotenstr. 9
85551 Kirchheim bei München
Literatur
- Jägermeyr J, Müller C, Rosenzweig C, et al.: Climate impacts on global agriculture emerge earlier in new generation of climate and crop models. Nature Food 2021; 2: 873–85.
- Springmann M, Clark M, Mason- D’Croz D, et al.: Options for keeping the food systems within environmental limits. Transforming the global food system. Nature 2018; 562(7728): 501–2.
