10 Pflanzen der Zukunft, die die Spielregeln verändern werden

Fortschritte in der Biotechnik haben es theoretisch möglich gemacht, mit Pflanzen fast alles zu machen. Tatsächlich haben sich viele der Pflanzen, die wir heute haben, im Vergleich zu früher bereits bis zur Unkenntlichkeit verändert. Karotten hatten ursprünglich weiße, dünne Wurzeln; die Pfirsiche waren salzig und so groß wie Kirschen; die Wassermelonen waren klein und bitter; und die Auberginen sahen aus wie Eier.

Unsere Welt – oder zumindest unsere Supermärkte und Gärten – würde ohne genetische Veränderung anders aussehen. Allerdings haben gentechnisch veränderte Pflanzen auch erhebliche Nachteile, und trotz all ihrer Versprechen, uns aus unserem Schlamassel zu helfen, ist es klar, dass sie uns mehr bringen.

Hier sind jedoch einige der einfallsreichsten und gewagtesten Wege, die niemand im Stich lässt.

10. Super luftreinigendes Pothos

Typisch für den Menschen ist, dass unser kraftstoffintensiver Ansatz zur Luftreinigung mit elektrischen Luftreinigern das Problem nur verschlimmert. Um eine Alternative zu bieten, hat das französische Unternehmen Neoplants die Pothos-Pflanze (Teufelsefeu) bis in ihre Wurzeln gentechnisch verändert, um Luftschadstoffe zu recyceln. Sie nennen es Neo P1 und offenbar ist es „in der Lage, die Luft für bis zu 30 Pflanzen zu reinigen“.

Pflanzen sind von Natur aus besser in der Lage, flüchtige organische Verbindungen (VOCs) zu absorbieren und zu verstoffwechseln, aber Neo P1 wurde so entwickelt, dass es sich insbesondere gegen VOCs in Innenräumen wie Benzol, Ethylenglykol, Formaldehyd und Toluol auszeichnet. Nichts wird verschwendet; Die Verbindungen werden aufgespalten und zu Wasser, Zucker und Aminosäuren verarbeitet, die Neo P1 zum Wachstum benötigt, sowie zu Sauerstoff, der an die Luft abgegeben wird. Um seine Wirksamkeit zu steigern, enthalten die Wurzeln der Pflanze auch Gene für extremophile Bakterien (Bakterien, die sich entwickelt haben, um in unwirtlichen Umgebungen zu überleben, indem sie sich von Giftstoffen ernähren).

Wie der Name ihrer ersten Anlage vermuten lässt, hofft Neoplants, in Zukunft weitere luftreinigende Pflanzen zu entwickeln. Sie sehen ihre Arbeit auch im „Kampf“ gegen den Klimawandel als nützlich an.

9. Stickstofffixierende Pflanzen

Zu Recht oder zu Unrecht sind wir von Nahrungsproteinen besessen. Und Hülsenfrüchte (Bohnen, Hülsenfrüchte, Erdnüsse) gehören zu den besten pflanzlichen Quellen – nicht nur wegen ihres Proteingehalts, sondern auch wegen der Art und Weise, wie sie es produzieren.

Protein benötigt Stickstoff, der nur eine begrenzte Bioverfügbarkeit aufweist (d. h. für Organismen verfügbar ist) und daher Düngemitteln zugesetzt wird. Im Gegensatz zu den meisten Pflanzen pflücken Hülsenfrüchte es jedoch aus der Luft. Dies wird als „Stickstofffixierung“ bezeichnet. Die genetische Veränderung anderer Grundnahrungspflanzen, um das Gleiche zu erreichen, würde die Landwirtschaft auf der ganzen Welt, insbesondere in armen Ländern, revolutionieren, da der Bedarf an teuren, klimaschädlichen Düngemitteln entfällt.

Kritiker sagen jedoch, dass dies lange dauern wird und verweisen auf bestehende Probleme mit gentechnisch veränderten Nutzpflanzen, etwa herbizidresistente Unkräuter. Und natürlich gibt es auch andere, direktere Möglichkeiten, die globale Armut zu bekämpfen.

8. Kokain-Tabak

Dadurch ändern sich indirekt die Spielregeln. Erwarten Sie nicht, dass Ihr Händler vor Ort eine besondere neue Sorte glänzend weißen Tabaks anbietet. Die Forscher waren daran interessiert, Pflanzen zur Kokainproduktion genetisch zu verändern, um ihre Entwicklung als Pestizid und seine möglichen medizinischen Anwendungen zu untersuchen.

Die Kokainproduktion aus Kokapflanzen ist seit langem ein Rätsel, was teilweise auf die arbeitsintensive Natur des Kokaanbaus im Labor zurückzuführen ist. Die Antwort chinesischer Wissenschaftler bestand darin, den biochemischen Weg für die Kokainproduktion im Genom der Tabakpflanze genetisch zu rekonstruieren. Sie überließen der Tabakpflanze einige Glieder in der Kette, die sie selbst erfinden konnte, und das Ergebnis waren Tabakblätter, die Kokain enthielten. Die Auswirkungen auf die Arzneimittelentwicklung sind erheblich.

Die produzierte Kokainmenge reichte nicht aus, um daraus ein rentables Schwarzmarktunternehmen zu machen, und auf jeden Fall sei der Prozess zu technisch für ein durchschnittliches geheimes Drogenlabor, sagten die Forscher. Allerdings arbeiten die Forscher selbst daran, in der Hoffnung, die Produktivität der Tabakfabrik zu steigern.

7. Kohl mit Skorpiongift

Genetische Veränderungen und Pestizide sind zwei der giftigsten Beiträge des Menschen als Spezies. Warum also nicht beides zu einem kombinieren? Um den von uns angerichteten Schaden zu beheben, haben Wissenschaftler ein Giftgen aus den Schwänzen tödlicher Skorpione entnommen, es so manipuliert, dass es nur Insekten tötet, und es in Kohl eingebaut. Was könnte schiefgehen?

Obwohl erste Tests keine Toxizität für den Menschen bestätigt haben, ist das Konzept mit Problemen behaftet. Zunächst wurden in der Studie menschliche Brustkrebszellen in vitro und nicht gesunde menschliche Zellen in vivo getestet. Darüber hinaus kann der Kohl selbst beschädigt werden. Genetische Veränderungen können entkommen und unmodifizierte Proben infizieren. Und wie bei bestehenden Pestiziden kann es ganze Ökosysteme destabilisieren.

Allerdings ignoriert die FDA solche Probleme schon seit langem bei der Zulassung von GVO, auch wenn sie nichts bewirken. Da die Pestizidwirkung des giftigen Kohls in diesem Fall von den Insekten abhängt, die ihn tatsächlich fressen, ist es wahrscheinlich, dass Landwirte auch Pestizidsprays verwenden, um die Insekten fernzuhalten. Mit anderen Worten: Verbraucher erhalten die doppelte Menge an Giftstoffen.

6. Endospor-Eiche

Laut Wissenschaftlern sind Eichen unerträglich ineffizient. Sie produzieren nicht nur viel mehr Eicheln, als sie jemals Wurzeln schlagen, sondern verschwenden auch Millionen von Zellen, indem sie jeden Herbst ihre Blätter abwerfen. Was wäre, wenn sich diese Zellen, anstatt auf dem Boden zu verrotten, in Millionen von Sporen verwandeln würden, die vom Wind getragen würden und von denen jede in der Lage wäre, ihre Quelle zu klonen? Dies wäre die beste evolutionäre Strategie, und anscheinend „gibt es kein biologisches Prinzip, das die Fortpflanzung durch Sporen oder Samen verbietet.“ Und im Gegensatz zu Eicheln können Endosporen Millionen von Jahren lebensfähig bleiben.

Aber auch hier gibt es ernsthafte Probleme. Eichen mit Endosporen sind eine Sache, aber was ist mit Knöterich mit Endosporen? Sofern diese spezielle genetische Veränderung nicht strikt auf „Nützlingspflanzen“ beschränkt ist (und selbst dann), „könnten Superunkräuter die Erde überschwemmen“.

Wie immer gilt: Nur weil wir sozusagen eine Marktlücke sehen, heißt das nicht, dass wir sie ausnutzen sollten. Schließlich wären Bäume auch effizienter, wenn sie sich weiterentwickeln würden, um schneller zu „laufen“ als heute, und wenn sie lernen würden, mit giftigen Gasen oder Dornen zu jagen. Es ist einfach nicht die Welt, die sich die meisten von uns wünschen.

5. Super nahrhaftes Obst und Gemüse

Die genetische Veränderung von Pflanzen zur Steigerung des Nährwerts ist nichts Neues. Wir haben bereits mit Proteinen angereicherte Kartoffeln, Mais und Reis; Leinsamen mit einem hohen Gehalt an Omega-3 und -6; Tomaten mit Löwenmaul-Antioxidantien; und Salat mit besser resorbierbarem Eisen. Es gibt auch Karotten, die unsere Kalziumaufnahme erhöhen, und die sogenannte „goldene Banane“ – eine australische Frucht, die durch Kreuzung einer normalen Banane mit einer Orangensorte aus Papua-Neuguinea gewonnen wird, die viel Provitamin A enthält. Allerdings wenig Provitamin A Die Ursache hierfür ist in der Regel menschliches Eingreifen. Essen steht an erster Stelle. Wir sind also skeptisch.

Wissenschaftler, die bis 2028 unsere Nutzpflanzen revolutionieren wollen, setzen ihre Hoffnungen auf die ultrapräzise CRISPR-Cas9-Genbearbeitung. Es gibt viele (und dumme) Möglichkeiten: Bohnen, die wie Chicken Nuggets schmecken; Karotten mit Kartoffelchip-Geschmack; Pommes mit Hamburgern in der Mitte; und Sonnenblumenkerne in der Größe eines kleinen Eies, damit sie wie Äpfel gegessen werden können.

Zu den weniger kindischen Ideen gehören hypoallergene Erdnüsse und Linsen mit der gleichen Proteinmenge wie Fleisch. Aber sie alle werfen die Frage auf, wie viel Kontrolle der Mensch über die Natur haben sollte, insbesondere angesichts des Chaos, das wir selbst angerichtet haben.

4. Umweltschädliche Pappeln

Bei der Phytoremediation handelt es sich um den Prozess, bei dem einige Pflanzen Schadstoffe beseitigen – indem sie Schadstoffe durch ihre Wurzeln ziehen, sie in harmlose Nebenprodukte zerlegen und sie entweder nutzen oder an die Luft abgeben. Dies ist eine weitere Möglichkeit, Pflanzen dazu zu bringen, die von uns verursachten Schäden zu beheben. Doch Wissenschaftlern zufolge gelingt ihnen das nicht gut genug. Sie sind zu langsam.

Die Lösung bestand darin, Pappeln genetisch zu verändern, um Trichlorethylen (TCE) effizienter abzubauen. TCE ist die häufigste Grundwasserverunreinigung, die an den am stärksten verschmutzten Orten in Amerika vorkommt. Einst von der Pharmaindustrie als Anästhetikum beworben, ist es heute ein bekanntes Karzinogen, das über lange Zeiträume in der Luft, im Wasser und im Boden verbleibt, wo auch immer es verwendet wird. Und angesichts der anhaltenden Verwendung in vielen Haushaltsreinigern wird dieses Problem nur noch schlimmer.

Die Forschung zur gentechnisch veränderten Phytoremediation ist jedoch vielversprechend. Während unmodifizierte Pappeln nur drei Prozent TCE aus der Lösung entfernten, entfernten Pappeln, die mit zusätzlichen Kaninchenleberenzymen behandelt wurden, sogar 91 Prozent. Sie fühlten sich auch besser, sie ließen nicht wie üblich nach, sondern wurden tatsächlich stärker. Und sie können nicht nur mit TCE umgehen, sondern auch mit einer Reihe anderer Chemikalien, darunter Vinylchlorid (das zur Herstellung von Kunststoffen verwendet wird) und Benzol (ein Luftschadstoff aus Erdöl).

3. Banane verpflanzen

Die (künstlich überhöhten) Kosten für Impfstoffe führen dazu, dass Länder der Dritten Welt diese oft nicht erhalten und Kinder weiterhin an leicht vermeidbaren Krankheiten wie Durchfall sterben. Eine Lösung, die Wissenschaftler gefunden haben, besteht darin, Pflanzen genetisch zu verändern, um Impfstoffe in ihr Genom einzubauen.

Ein früher Machbarkeitsnachweis lieferte Ratten erfolgreich Hepatitis-B-Antigene aus einer speziell hergestellten Kartoffel. Da Kartoffeln jedoch nicht roh verzehrt werden, wurde in der Studie auf Bananen umgestellt. Sie sind nicht nur günstig, sondern haben sich auch in „Entwicklungsländern“ bewährt. Ihnen zufolge würden bereits 10 Hektar Impfstoffbananenplantagen ausreichen, um alle Kinder unter fünf Jahren in Mexiko zu impfen.

Allerdings ist die richtige Verabreichung der Impfbanane nicht so einfach, wie die Schale zu schälen und zu essen. Der Plan besteht darin, die Früchte zu pürieren und in Flaschen abzufüllen (10 Dosen pro Flasche), damit jeder Patient die richtige Dosis erhält. Wissenschaftler haben mit anderen Nutzpflanzen experimentiert, darunter Salat, Karotten und Tabak.

2. DARPA Smart Trees

Im Jahr 2017 kündigte die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) eine Ausschreibung für ihr Advanced Plant Technologies (APT)-Programm an. Ihr besonderes Interesse gilt der genetischen Veränderung von Pflanzen, um beispielsweise Informationen über Umweltpathogene und Strahlung zu „sammeln“. Wenn „Wächterpflanzen“ das Vorhandensein dessen erkennen, was sie erkennen sollen, „melden“ sie es durch „subtile Reaktionsmechanismen“, wie z. B. subtile Veränderungen in der Blattfarbe.

Im Gegensatz zu komplexen Geräten bieten Anlagen Tarnung, einfache Verteilung und Unabhängigkeit von Energie. Und das Konzept hat sich bereits bewährt. Im Jahr 2011 entwickelten Forscher erfolgreich eine TNT-Erkennungspflanze, deren Blätter in Gegenwart von TNT-Molekülen (im Boden oder in der Luft) farblos werden. Und alle Pflanzen reagieren auf ihre Umgebung auf natürliche Weise durch eine Ein-/Ausgabedynamik, die mit der von Computern vergleichbar ist. Wie bei Bombenspürhunden geht es hier einfach darum, natürliche Mechanismen zu trainieren, um dem Militär besser zu dienen.

DARPA möchte jedoch über das bloße Ein- und Ausschalten des Biocomputings hinausgehen und eine differenziertere Erkennung und zuverlässige, detaillierte Berichterstattung erreichen. Sie haben sogar Interesse daran bekundet, dass technische Anlagen elektromagnetische Signale empfangen.

1. Dyson-Baum

Sie haben wahrscheinlich schon von der Dyson-Kugel gehört. Es handelt sich um eine vom Physiker Freeman Dyson vorgeschlagene hypothetische Struktur, die einen Stern umgibt und seine Energie einfängt. Weniger bekannt ist der Dyson-Baum. Diese hypothetische Pflanze wurde für den Weltraum gentechnisch verändert und verfügt über eine dicke, glasige Rinde, die Sonnenlicht hereinlässt und das Entweichen von Wärme verhindert. Sie würde auf einem Kometen ausgesät und dort ihre eigene Atmosphäre schaffen. Theoretisch könnte es – zumindest zeitweise – ein ganzes Ökosystem unterstützen, wenn das Innere des Kometen für Bewohner ausgehöhlt wäre und das Eis und der Kohlenstoff des Kometen alles bereitstellten, was das „belaubte Raumschiff“ braucht.

Wenn das nach Science-Fiction klingt, dann deshalb, weil es so ist. Aber das liegt nicht außerhalb des Bereichs des Möglichen. Pflanzen wie die Voodoo-Lilie und die Aasblume produzieren ihre eigene Wärme; Tatsächlich erzeugt Stinktierkohl bis zu 60 Grad Fahrenheit, was ausreicht, um den gefrorenen Boden um ihn herum zum Schmelzen zu bringen.

Auch an Kometen mangelt es nicht. Der Kuipergürtel jenseits von Neptun, der Billionen Kometen enthält, könnte möglicherweise mit genügend Dyson-Bäumen besät werden, um zu einem kosmischen „Archipel von Stadtstaaten“ zu werden. Ein Dyson-Baum-Komet von der Größe Manhattans könnte allein Millionen von Menschen ernähren. Und bei geringer Schwerkraft wäre es nicht nur einfach, zwischen Kometen zu springen, sondern die Gebäude auf jedem von ihnen könnten auch höher sein als die auf der Erde.