Zwei Ansätze, für die Nahrungsmittelproduktion das Pflanzenwachstum zu optimieren
Seit Kurzem leben mehr als acht Milliarden Menschen auf der Erde. Und sie alle brauchen Nahrung. Deswegen ist das Wissen um das Wachstum von Pflanzen von großer Bedeutung. Die dabei wichtige Fotosynthese wird bereits seit rund 400 Jahren erforscht. Wer nun meint, sie sei vollständig untersucht, der irrt. Weltweit beschäftigen sich Wissenschaftler damit, wie sich Pflanzen an veränderte Umweltbedingungen anpassen, wie sie fast jeden Lebensraum der Erde besiedeln und wie diese Erkenntnisse von der Landwirtschaft genutzt werden können. Mit den Lichtbedingungen während der Fotosynthese befassen sich gleich zwei deutsche Studien.
Pflanzen zwischen Licht und Schatten
Pflanzen werden in der Forschung meist unter konstantem Licht gezogen – nicht unter natürlichen Bedingungen. Unter freiem Himmel ändert sich das Lichtangebot innerhalb kürzester Zeit durch Wolken oder die Bewegung der Blätter im Wind. Zu viel oder zu wenig Licht kann der Pflanze schaden. Sie muss also ihre Fotosyntheseleistung ständig anpassen. Zwei Schlüsselproteine für diese dynamische Steuerung untersuchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam und dem College of Natural Science der Michigan State University. Die Studie zeigt: Sowohl die Lichtmenge als auch die Anzahl von Lichtveränderung haben einen starken Einfluss auf die Funktion der Ionentransportproteine. Die Wirkung von Wachstumslicht und die schnelle Reaktion auf Lichtschwankungen müssen demnach künftig zusammen betrachtet werden.
Fotosynthese neu denken
Wissenschaftliche Modelle sind für die Anzucht von Pflanzen wichtig. Sie beschreiben mit mathematischen Gleichungen die Vorgänge und ermöglichen Vorhersagen über den Einfluss einzelner Faktoren. Ein wichtiger Faktor ist Licht. Vorhandene Modelle stoßen hier jedoch an ihre Grenzen, deckte ein interdisziplinäres Projektteam aus Biologen, Elektro- und Informationstechnikern der Technischen Universität Darmstadt auf: Denn Strahlungswellenlängen und -intensitäten, die für sich genommen keinen Einfluss auf die Fotosynthese haben, sind in Kombination mit anderen Lichtfarben doch wirksam. Jetzt wollen die Wissenschaftler Fotosynthese neu denken und mithilfe Künstlicher Intelligenz neue Modelle entwickeln. Das wird sich auf alle Bereiche der Pflanzenkultivierung auswirken – auch auf die Landwirtschaft und Gewächshauskultur zur Nahrungsmittelproduktion.