2x CO2-Aufnahme, Wachstum explodiert:
Forscher bauen Superpflanze

Eine Pflanze, die fast doppelt so viel Kohlendioxid aufnehmen kann wie ihre Artgenossen - das klingt wie ein Bild aus der Zukunft. Doch genau das gelang einem Forscherteam: Sie bauten in eine Modellpflanze einen neuen CO₂-Stoffwechselweg ein.

Potenzial zur Superpflanze

Zwischen den Blättern eines unscheinbaren Ackerkrauts spielt sich ein Experiment ab, das an die Grundlagen der Pflanzenwelt rührt. Forscher haben in Schotenkresse, Arabidopsis thaliana, einen zweiten Kohlenstoffkreislauf installiert - und damit ein Grundprinzip des Lebens verdoppelt.

Ansatz der Forschung ist ein ineffizienter Aufbau der Natur, das seit Langem bekannt ist: Der klassische Calvin-Zyklus, der in allen Pflanzen Kohlendioxid bindet, arbeitet erstaunlich verschwenderisch. Ein Drittel des aufgenommenen Kohlenstoffs geht verloren, wenn daraus die Bausteine für Fette und andere Stoffe entstehen. Hinzu kommt die Photorespiration, eine Art Rückwärtsgang der Photosynthese, die weiteres CO₂ entweichen lässt.


An diesem Punkt setzt die neue Idee an. Statt nur die bekannten "Schwachstellen" im CO₂-Kreislauf zu reparieren, konzipierte das Team laut der Veröffentlichung in Science einen zusätzlichen synthetischen Stoffwechselweg. Der sogenannte McG-Zyklus ergänzt den Calvin-Zyklus, nimmt Abfallprodukte auf und wandelt sie in den zentralen Ausgangsstoff für Fette, Hormone und andere Moleküle um. Damit wird nicht nur Kohlenstoff zurückgewonnen, sondern auch die Herstellung energiereicher Substanzen beschleunigt.

Für den Test pflanzten die Forscher sechs fremde Enzyme direkt in die Chloroplasten von Arabidopsis. Die Folgen waren sichtbar: Die Pflanzen legten bis zum Dreifachen an Trockenmasse zu, bildeten mehr Blätter und Samen und lagerten so viele Lipide ein, dass sie winzige Fettreservoirs in ihren Zellen anlegten. Der Gehalt an Triglyceriden, also den typischen Speicherfetten der Pflanzen, stieg teils hundertfach im Vergleich zu normalen Pflanzen.

Wichtige Fragen offen

Doch das Experiment wirft Fragen auf. Ob ein derart tiefgreifender Eingriff stabil bleibt, wenn Pflanzen über Generationen weiterwachsen, ist ungewiss. Auch könnte der zusätzliche Kohlenstoff beim Verrotten schnell wieder in die Atmosphäre gelangen. Die Forscher betonen deshalb, dass noch offen ist, ob sich das Konzept auf Nutzpflanzen übertragen lässt.

Sollte sich die Stabilität jedoch bestätigen, könnten aus dem McG-Zyklus weitreichende Anwendungen entstehen - von höheren Erträgen in der Landwirtschaft über Pflanzen, die als Öllieferanten dienen, bis hin zu einem Beitrag zum Klimaschutz durch größere Biomasse. Noch ist es ein Laborerfolg. Aber einer, der zeigt, dass selbst an so fundamentalen Abläufen wie der Photosynthese geschraubt werden kann.


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