Mutierter Mais könnte die Zukunft der Landwirtschaft sein

In Amerika ist Maissirup König, und echter Zucker schwebt irgendwo in der Nähe des Prinzenstatus. Wir sind süchtig nach Mais, und Mais wiederum ist süchtig nach Stickstoff. Vor langer Zeit hat man herausgefunden, dass der Boden durch Fruchtwechsel nährstoffreich bleibt, was in gewissem Maße dazu beiträgt, Stickstoff zurückzuhalten. Dann haben wir herausgefunden, wie man Stickstoffdünger herstellt, und durch seine Verwendung haben wir den durchschnittlichen Ernteertrag in den letzten etwa hundert Jahren im Wesentlichen verdoppelt.

Nicht alle Pflanzen benötigen zusätzlichen Stickstoff. Hülsenfrüchte wie Bohnen und Sojabohnen können selbst hergestellt werden. Aber Mais braucht definitiv Stickstoff. In den 1980er Jahren reiste der heutige Landwirtschaftschef von Mars, Inc. Howard-Yana Shapiro nach Mexiko, der Maishauptstadt der Welt, auf der Suche nach neuen Maissorten. Er fand einen im Süden Mexikos, im Mixes-Distrikt von Oaxaca. Dieser Mais war nicht nur mehrere Fuß höher als amerikanischer Mais, er wuchs auch irgendwie in dieser schwindelerregenden Höhe auf schrecklichem Boden.

Shapiro glaubte, der Erfolg des Mais könnte etwas mit den fingerartigen Luftwurzeln zu tun haben, die aus dem Maisstengel herausragen. Jahrzehnte später stellt sich heraus, dass er Recht hatte. Forscher an der UC Davis haben nachgewiesen, dass diese Luftwurzeln es der Pflanze ermöglichen, durch eine symbiotische Beziehung mit Bakterien in diesem klaren, sirupartigen Schleim Stickstoff aus der Luft aufzunehmen. Der Vorgang wird Stickstofffixierung genannt.

Wenn wir also bereits über Stickstoffdünger verfügen, warum sollten wir dann überhaupt nach Pflanzen suchen, die dies selbst tun? Durch das Haber-Bosch-Düngemittelherstellungsverfahren, bei dem es sich um eine künstliche Form der Stickstofffixierung handelt, wird unfruchtbarer Boden weniger zum Problem. Der zusätzliche Stickstoff im Ammoniakdünger läuft jedoch tendenziell in nahegelegene Bäche und Seen ab, was seine Verwendung zu einer Gefahr für die Umwelt macht. Und der Prozess der Herstellung von Ammoniak für Düngemittel erfordert fossile Brennstoffe, verbraucht viel Energie und produziert obendrein Treibhausgase. Alles in allem ist es eine schreckliche Sache, der Umwelt zum Wohle der Landwirtschaft zu schaden. Aber was gibt es sonst noch zu tun, wenn so viele Menschen ernährt werden müssen?

Im letzten Jahrzehnt haben die Forscher der UC Davis mithilfe von DNA-Sequenzierung festgestellt, dass der Schleim der Sierra Mixe-Pflanzensorte dem Mais Mikroben liefert, die ihm sowohl Zucker zum Essen als auch eine Schutzschicht vor Sauerstoff liefern. Sie gehen davon aus, dass die Pflanzen auf diese Weise 30–80 % ihres Stickstoffs erhalten. Die Forscher wiesen außerdem nach, dass die Mikroben tatsächlich zu stickstofffixierenden Familien gehören und denen in Hülsenfrüchten ähneln. Am beeindruckendsten ist, dass es ihnen gelang, Sierra Mixe-Mais sowohl in Davis, Kalifornien, als auch in Madison, Wisconsin, zu verpflanzen und ihn erfolgreich wachsen zu lassen, was beweist, dass der Trick der Stickstofffixierung nicht auf den heimischen Rasen des Mais beschränkt ist. Jetzt arbeiten sie daran, die Gene zu identifizieren, die die Luftwurzeln produzieren.

Wir werden jedoch wahrscheinlich nicht so schnell auf Sierra Mixe-Mais umsteigen. Die Reifung dauert acht Monate, was für den amerikanischen Appetit, der an eine dreimonatige Reifezeit gewöhnt ist, viel zu langsam ist. Wenn wir herausfinden können, wie wir andere Pflanzen dazu bringen können, ihre eigene Stickstofffixierung durchzuführen, wer weiß, wie weit wir gehen könnten? Es scheint wahrscheinlich, dass mehr Menschen eine Superkraft akzeptieren würden, die von einem Mais-Cousin gepfropft wurde, anstatt zu versuchen, CRISPR zur Selbstfixierung von Stickstoff zu verwenden, da Studien gezeigt haben, dass sie gentechnisch veränderten Lebensmitteln misstrauen.

Die Frage der Rechte an geistigem Eigentum könnte ein Problem sein, aber die Forscher begannen mit der mexikanischen Regierung auf dem richtigen Weg, indem sie rechtliche Vereinbarungen trafen, die sicherstellen, dass die Sierra Mixe-Gemeinschaft von der Forschung und einer möglichen Kommerzialisierung profitiert. Wir können es kaum erwarten zu sehen, was sie leisten können. Wenn es ihnen nicht gelingt, die Kraft der Selbstfixierung auf andere Pflanzen zu übertragen, dann besteht vielleicht Hoffnung auf eine Verbesserung des Haber-Bosch-Verfahrens.