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Maschinen in Grün

Sie macht Pflanzen zu wahren Wundermaschinen. Mit ihrer Hilfe wandeln diese Licht in Energie und CO2 in Sauerstoff um. Die Photosynthese lässt so nicht nur Getreide, Bäume und Gräser wachsen, sie ist der fürs Leben bedeutsamste Prozess überhaupt. Geht es da wirklich noch besser? Würde es uns gelingen, in die Photosynthese einzugreifen und ihren Wirkungsgrad weiter zu erhöhen, könnten die Pflanzen auf den Feldern noch schneller wachsen – bei gleichbleibendem Licht-Input, sagt Alexander Popp vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. Mithilfe von Gentechnik könnte man eine Pflanze zum Beispiel so verändern, dass sie das Sonnenlicht besser verarbeiten, mehr CO2 aufnehmen oder das aufgenommene CO2 besser nutzen kann. Auch wenn die Forschung auf diesem Gebiet noch ganz am Anfang steht, konnte man beispielsweise herausfinden, warum bestimmte Grünalgen die Photosynthese besonders effektiv betreiben. Dieses Wissen könnte ein entscheidender Schritt sein, den Wunderprozess auch bei Pflanzen wie Weizen oder Reis anzukurbeln.

Eine Topfpflanze, um deren Stengel sich Kabel aus der Erde winden, die mit rechteckigen Modulen verbunden sind, als wären es technisierte Blätter der Pflanze. Auch der Topf ist mit einem Kabel verbunden.

Schonkost per App

Wer zu viel isst und dabei auch noch zu Fertiggerichten greift, schadet nicht nur sich selbst, sondern auch der Umwelt. Zu viel Fleisch auf dem Teller etwa kann nicht nur krank machen, sondern verursacht schon in der Produktion Unmengen an Treibhausgasen und frisst riesige Flächen. Fertiggerichte sind oft aufwendig verpackt und haben teilweise lange Transportwege hinter sich. Als personalisierte Ernährungsberater können Apps Abhilfe schaffen. Mithilfe medizinischer Tests und Sensoren könnten sie jedem Menschen ganz individuell seinen nicht nur gesunden, sondern auch umweltverträglichen Speiseplan erstellen – etwa auf Basis von Blutzuckerwerten. Statt in Plastik verschweißter Tiefkühlpizzen könnten die Nutzerinnen und Nutzer selber kochen und mehr pflanzliche Lebensmittel zu sich nehmen, wovon auch die Umwelt profitieren würde. Die große Herausforderung dürfte darin bestehen, sich an die Empfehlungen der App zu halten. Denn eigentlich wissen die meisten ja schon jetzt ziemlich genau, wie sie sich gesund ernähren können – scheitern nur meist an der Umsetzung.

Eine Pfanne steht in einem Pizzakarton, das dampfende Essen wird mit einem Kochlöffel umgerührt.

Fleisch aus dem Glas

Kein Rind muss sterben, riesige Weideflächen werden frei, die Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft reduzieren sich um ein Vielfaches – und wir können trotzdem weiter Fleisch essen. Das Verfahren, das diese schmackhafte Zukunftsvision eröffnet, nennt sich In-vitro-Fleisch, lateinisch für »Fleisch aus dem Glas«. Per Biopsie entnimmt man dabei zum Beispiel einer Kuh etwas Muskelgewebe, um die darin enthaltenen Stammzellen im Labor zu vermehren. Aus einem winzigen Stück Muskel sollen so eines Tages bis zu zehn Tonnen Hackfleisch erwachsen. Schon seit einigen Jahren zaubern Forschende Hack aus dem Reagenzglas, massentauglich ist das Verfahren allerdings noch nicht: So kostete die Produktion des ersten In-vitro-Burgers 2013 stolze 250.000 Euro; ein Preis, der bald auf unter zehn Euro sinken soll. Neben Fleisch kann man übrigens auch Leder herstellen, ohne zu schlachten, zum Beispiel auf Basis von Hefe. Und auch Milch kann im Labor entstehen: aus pflanzlichem Zucker. Die Gene, die die Milchproduktion in der Kuh übernehmen, kann man künstlich herstellen. Mithilfe von Fermentation wandeln sie den Zucker in Milchprotein um. Ganz ohne Kuh.

Eine Kuh oder ein Rind ist in ein Schraubglas gezwängt, davor steht ein Wissenschaftler mit Kittel und Brille, der etwas auf einem Block notiert.

Roboter auf dem Feld

Die Böden der Erde versorgen uns seit Jahrtausenden mit Getreide, Gemüse, Obst und Kräutern. Im Gegenzug pumpen wir sie mit Dünger voll – auf dass auch in Zukunft alle satt werden. Die Mittel lassen allerdings nicht nur die Pflanzen auf den Feldern gedeihen: Über Grundwasser und Gewässer gelangt Stickstoff in die Meere, wo in der Folge immer mehr Algen wachsen und andere Pflanzen absterben. Nitrat verunreinigt das Trinkwasser. Agrarwissenschaftler und Ingenieure tüfteln deshalb fieberhaft an verschiedensten Helferlein, die dafür sorgen könnten, dass Landwirte schon bald weniger düngen müssen. Roboter könnten, sagt Alexander Popp, den Boden untersuchen und feststellen, wo Pflanzen gerade tatsächlich Dünger brauchen und wann sie ihn besonders gut aufnehmen. Das Gleiche gilt für Mittel zur Schädlingsbekämpfung: Mit speziellen Drohnen könnte man herausfinden, welche Pflanzen akut befallen sind, und dann gezielt dort sprühen – statt die Chemikalien einfach aufs komplette Feld zu geben. Solche Roboter werden bisher zwar noch nicht in großem Stile eingesetzt, doch es gibt Pilotprojekte. Ein Beispiel ist ein System, das mit Sensoren Schädlinge aufspürt – und die Informationen über eine App direkt an die Landwirte weitergibt.

Zwischen Insekten fliegen kleine runde Roboter herum, die mit zwei Antennen und vier Sensoren ausgestattet sind.

Essen vom Hof

Noch vor 80 Jahren wussten die meisten Menschen in Deutschland ganz genau, woher ihr Essen stammt: Entweder hatten sie es selbst angebaut oder es auf dem Markt beim Bauern gekauft. Inzwischen kaufen wir unsere Lebensmittel im Supermarkt und haben keinen Bezug mehr zur Herstellung. Doch Apps könnten Landwirte und Verbraucher einander wieder näherbringen. Das hätte gleich mehrere positive Effekte: Verbraucher, die wissen, wo und wie ihr Essen wächst und gedeiht, sind womöglich bereit, mehr Geld für nachhaltige Anbaumethoden und Arbeitsbedingungen auszugeben. Landwirte bekämen die Chance, den Preis für ihre Produkte selbst und realistisch zu gestalten – und weil Zwischenstationen in der Lieferkette entfielen, käme mehr davon bei ihnen an. Solche Apps werden schon heute erprobt, zum Beispiel in Kenia. Bauern können ihre Produkte dort mit einer kurzen Beschreibung und einem Foto einstellen und sich auch zusammentun, um größere Mengen zu liefern.

Eine Hand hält ein Smartphone, aus dem sich gleichsam ein Koch erhebt, der auf einer Hand eine Speisehaube präsentiert.

Pflanzen im Dornröschenschlaf

Wer den Begriff resurrection plant bei Youtube eintippt, kann sich beeindruckende Videos von der »Rose von Jericho« ansehen: Die Pflanze sieht aus wie ein vertrockneter Laubball – aber sobald man sie in Wasser legt, richtet sie sich auf und öffnet die Arme. Die sogenannten Auferstehungspflanzen sind also Gewächse, die extrem gut mit Trockenheit umgehen können. Einige von ihnen können jahrelang ohne Wasser ausharren – und ihre Aktivität binnen kürzester Zeit wieder aufnehmen, wenn sie welches bekommen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen deshalb weltweit, wie genau die Pflanzen auf Trockenheit reagieren und welche Tricks sie anwenden, um sie derart unbeschadet zu überdauern. Ihre Forschung ist noch relativ am Anfang, könnte langfristig aber helfen, neue Nahrungsmittelpflanzen zu entwickeln, die auch in trockenen Regionen angebaut werden können und extremer Dürre widerstehen.

Eine kleine Dame, deren Kopf die Form eines Wassertropfens hat, beugt sich über ein dorniges, etwas welkes Blatt, das die Konturen des schlafenden Dornröschens hat.

Anbau im Wolkenkratzer

Oft liegt ein langer Weg hinter Lebensmitteln, bevor sie im Supermarkt landen. Warum erzeugt man sie also nicht dort, wo besonders viele Menschen leben: in der Stadt? Gemeint ist damit nicht das Beet im Vorgarten oder die Minze auf dem Balkon; die vertikale Landwirtschaft soll auf weiten Stockwerken in riesigen, eigens dafür erbauten Hochhäusern stattfinden. Unter ihren Dächern kann man eine Kreislaufwirtschaft etablieren, sagt Alexander Popp. Ganz oben können zum Beispiel Nutztiere stehen, deren Mist die Pflanzen ein Stockwerk darunter düngt. Ein weiteres stadttaugliches Kreislaufsystem ist die Aquaponik: In einem Gewächshaus werden gleichzeitig Fische und Nutzpflanzen kultiviert. Ein Beispiel kann man am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei besichtigen. Die Ausscheidungen von Buntbarschen versorgen dort Tomatenpflanzen mit Nährstoffen. Weil der Platz im urbanen Raum oft knapp ist, erprobt eine Firma in Rotterdam eine weitere Idee: Für ihr Pilotprojekt hat sie einen schwimmenden Stall konstruiert, in dem Kühe mit Blick auf den Hafen stehen. Ob sie seekrank werden? Die Gründer gehen nicht davon aus.

Ein Hochhaus, dessen Wände und Dach von Bäumen bewachsen sind.

Proteine im Schwarm

Vegane Kraftsportler sind das beste Beispiel dafür, dass man auch ohne tierische Produkte genug Proteine zu sich nehmen kann. Sehr viele Menschen greifen trotzdem zu Eiern, Quark und Pute. Noch wenig Beachtung finden zwei weitere Quellen: Algen und Insekten. Bestimmte Arten sind besonders proteinreich und könnten so einen wichtigen Baustein in unserer Ernährung bilden. Die Aufzucht verursacht dabei deutlich weniger Treibhausgase als die Haltung anderer Tiere. Der CO2-Fußabdruck von Rindern etwa ist zehnmal so groß wie der von Mehlwürmern. Startups versuchen schon jetzt, uns Insekten schmackhaft zu machen, indem sie sie unter Claims wie »Iss oder Zirp« zu Burgern und Energieriegeln verarbeiten. Mit der intensivierten Insektenzucht, in die immer mehr internationale Konzerne einsteigen, geht aber auch eine Befürchtung einher: Je größer die Nachfrage nach den summenden und krabbelnden Snacks wird, desto höher könnte ihr Preis steigen. Menschen im Globalen Süden, wo Insekten in manchen Ländern traditionell auf der Speisekarte stehen, könnten sich diese bald nicht mehr leisten. Kritiker weisen zudem darauf hin, dass Insekten das Stück Fleisch auf dem Teller sehr oft nicht ersetzen: Wie Proteinriegel werden sie auch gerne mal zusätzlich verspeist.

Ein halb ausgepackter Energieriegel, der aus kleinen Würmchen zusammengepresst ist.

Blick in die Zukunft

Kein Tropfen Regen und brütende Hitze – monatelang. Der Dürresommer 2018 hat die Böden hoffnungslos ausgetrocknet und die deutsche Landwirtschaft schwer erwischt. Die Ernteschäden betrugen rund zwei Milliarden Euro, mehr als 7.000 in Existenznot geratene Betriebe waren in der Folge auf fast 300 Millionen Euro staatliche Unterstützung angewiesen. Und sandten ein Hilfegesuch aus: Sie forderten bessere Wettervorhersagen. Auch diese könnten Ernteausfälle zwar nicht verhindern, Bauern aber die Möglichkeit geben, sich früher auf Extremwetter einzustellen, indem sie ihre Anbauplanung, den Einsatz von Dünger und den Erntezeitpunkt anpassen. Forschende arbeiten deshalb fieberhaft an präziseren, mehrere Monate vorausschauenden Witterungsprognosen, etwa an der Universität Hohenheim. Mit einem Durchbruch sei jedoch erst in zehn bis 20 Jahren zu rechnen. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) hat jüngst immerhin ein neues Verfahren entwickelt, das die Bodenfeuchte bis zu sechs Wochen im Voraus berechnen kann. Nach Einschätzung des DWD hätte es helfen können, das Ausmaß der Dürre von 2018 bereits früher abzuschätzen. Von solchen Möglichkeiten können die meisten Landwirte im Globalen Süden nur träumen: Wenn man dort nach leistungsfähigen Messstationen sucht, findet man große weiße Flecken auf der Landkarte, sagt Alexander Popp. Das ist vor allem deshalb problematisch, weil dort viele Menschen unmittelbar von der Landwirtschaft abhängen.

Zwei Hände, an deren Armgelenke schwarze Sensoren befestigt sind, berühren eine runde Scheibe.

Geschlechtsbestimmung im Ei

Es ist eine weitere unbequeme Wahrheit: Wenn wir Eier essen, müssen dafür männliche Küken sterben. Denn bei Hühnern, die speziell zum Eierlegen gezüchtet werden, können die Produzenten mit den Hähnchen nichts anfangen: Sie liefern weniger Fleisch als speziell gezüchtete Masthähnchen. Und Eier legen sie schon gar nicht. Als mögliche Lösung haben Forscher ein Verfahren entwickelt, mit dem man das Geschlecht der Küken noch im Ei bestimmen kann. Nur die weiblichen Küken werden dann ausgebrütet. Ihre männlichen Geschwister muss man so weder töten noch Wege finden, sie halbwegs rentabel aufzuziehen. Erste Supermärkte verkaufen schon heute Eier von Hühnern, deren Geschlecht auf diese Weise bestimmt wurde – mit der Aufschrift »respeggt«. Die nicht ausgebrüteten Eier dürfen aus Hygienegründen zwar nicht zum Verzehr verkauft werden, landen aber auch nicht auf dem Müll. Stattdessen werden sie beispielsweise zu Tierfutter verarbeitet – oder als Nährmedium in der Produktion des Grippeimpfstoffs genutzt.

Zwei aufgeregt wirkende Hühner. Das eine flattert, das andere sieht aus, als inspiziere es zwei Eier, die auf dem Boden liegen.

HINTERGRUND

Für den Artikel haben wir mit ALEXANDER POPP vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung gesprochen. Der Leibniz-Forscher hat mit mehr als 40 Kolleginnen und Kollegen untersucht, welche Innovationen das Potenzial haben, eine wachsende Weltbevölkerung nachhaltig zu ernähren – und was für ihren Erfolg entscheidend ist.

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