Pflanzenforschung 4.0 Innovationen: Wie können wir die Landwirtschaft der Zukunft nachhaltig gestalten?

Spätestens seit den Hitze- und Dürreperioden der letzten Sommer stellt sich die Frage, wie die Zukunft unserer Landwirtschaft aussehen soll. Wie kann es gelingen, nachhaltig und ressourcenschonend sowohl pflanzliche als
auch tierische Lebensmittel zu produzieren?

Diese globale Herausforderung ist sehr komplex und wird von verschiedensten Faktoren bestimmt. Der Klimawandel, die stetig wachsende Weltbevölkerung und die sich ändernden Lebensgewohnheiten wie steigender Fleischkonsum erhöhen zusätzlich den Bedarf an Anbauflächen.

Innovationen aus den unterschiedlichsten Bereichen der Bioökonomie werden also dringend benötigt, um zukünftig eine nachhaltige und ressourcenschonende Landwirtschaft zu gewährleisten.
Wissenschaftler*innen arbeiten daher weltweit an den verschiedensten Ansätzen, um dieses Ziel zu erreichen. Einige Ansätze aus der Pflanzenforschung, Digitalisierung und der Synthetischen Biologie möchten wir hier exemplarisch vorstellen.

Neben der Produktion alternativer Nahrungsmittel stehen auch neue Anbaumethoden im Fokus, so auch das Konzept bei dem die Landwirtschaft in die Stadt verlagert wird – dem „Urban Farming“. Dabei werden bisher ungenutzte Flächen in der Stadt für den Anbau von Nutzpflanzen genutzt. Da mittlerweile über die Hälfte der Weltbevölkerung in Städten lebt, werden die Nahrungsmittel da angebaut, wo sie auch verbraucht werden.
Das Urban Farming macht jedoch auch neue Anbautechniken erforderlich, da in Städten zumeist keine großen Freiflächen zur Verfügung stehen. So werden beispielsweise beim „Vertical Farming“ Häuserfassaden für den vertikalen Anbau der Pflanzen genutzt. Eine spezielle Form ist das "Indoor Farming", bei dem die Pflanzen ausschließlich in Kulturkammern angebaut werden. So können auch Pflanzen angebaut werden, für die normalerweise lange Transportwege erforderlich sind. 

So unterschiedlich und vernetzt die Herausforderungen der Zukunft sind, so vielfältig sind auch die momentan verfolgten Ansätze zu deren Lösung. Denn ein weiterer wichtiger Aspekt neben den eigentlichen Innovationen ist auch der Transfer in die Gesellschaft sowie die Schaffung von Akzeptanz innerhalb der Gesellschaft. Die Zukunft wird also zeigen, welche Innovationen sich langfristig durchsetzen werden, um den Übergang in eine nachhaltige Bioökonomie zu ermöglichen.

Wie Bohnen oder Erbsen gehören auch die Lupinen zu den Hülsenfrüchtlern. Durch eine Symbiose mit sogenannten Knöllchenbakterien können Lupinen den Boden mit Stickstoff anreichern. Daher werden sie auch häufig zur Gründüngung verwendet.
Die Samen der Lupinen sind extrem reich an Eiweiß. Dieses Lupineneiweiß wird mittlerweile schon häufig als Ersatzstoff für tierisches Eiweiß z. B. in der veganen Ernährung verwendet. So finden sich zum Beispiel Lupinenjoghurt, Lupineneis oder Lupinenbratlinge immer häufiger in den Supermarktregalen.
Solche alternativen Eiweißquellen sind ein Ansatz zur Reduktion der Anbauflächen, die für die Tierhaltung benötigt werden und können zu mehr Nachhaltigkeit beitragen.

Ein wesentlicher Bestandteil von Autoreifen ist Naturkautschuk. Dieser wird bis jetzt ausschließlich aus dem Kautschukbaum gewonnen, der nur in den Tropen wächst. Der Russische Löwenzahn, der unserem Heimischen sehr nahe ist, bildet in seiner Wurzel ebenfalls Kautschuk, dessen Eigenschaften dem des Kautschukbaums stark ähneln.
Der Vorteil des Russischen Löwenzahnes hat bereits das Interesse zahlreicher Forscher*innen und auch Reifenhersteller geweckt. In Zusammenarbeit versuchen sie den Russischen Löwenzahn als alternative Kautschukquelle zu etablieren, um so die Gewinnung von Naturkautschuk beispielsweise durch den Schutz der tropischen Anbaugebiete nachhaltiger zu gestalten.

Die Nutztierhaltung hat einen großen Einfluss auf die Emission von Treibhausgasen wie Methan, Kohlendioxid und Lachgas. Der größte Anteil lässt sich dabei auf die Haltung von Rindern für die Milch- und Fleischproduktion zurückführen. Allerdings spielen Milch und Fleisch in unserer heutigen Ernährung immer noch eine wichtige Rolle. Neben der Herstellung von pflanzlichen Ersatzprodukten wie beispielsweise Joghurt aus Lupineneiweis oder Fleischersatzprodukten aus Hülsenfrüchten arbeiten Forschende daher weltweit auch an Ansätzen zur synthetischen Herstellung von Fleisch oder Milch. Beim sogenannten „cultured meat“ werden Stammzellen aus Muskelgewebe entnommen. Aus diesen Stammzellen entwickelt sich durch Zugabe von verschiedenen Wachstumsfaktoren neues Muskelgewebe, welches auch die Textur von Fleisch nachbildet. Neben Fleisch, arbeiten zahlreiche Start-ups auch bereits an der Herstellung von synthetischen Milchprodukten, bei denen das Milcheiweis meist über Mikroorganismen hergestellt wird.

Viele Medikamente werden heutzutage biotechnologisch in sogenannten Bioreaktoren mithilfe von Bakterien, Pilzen oder Säugerzellen hergestellt. Während einfach aufgebaute Stoffe meist durch Bakterien zeit- und kostengünstig produziert werden können, müssen komplex aufgebaute Moleküle meist mithilfe von Säugerzellkulturen hergestellt werden. Dieser Prozess kostet häufig sehr viel Geld, Ausgangsmaterial und Zeit. Deshalb wird bereits seit einigen Jahren intensiv an der pflanzenbasierten Medikamentenproduktion geforscht. So gelang es beispielsweise vor einigen Jahren einem Forschungsteam erstmals einen Antikörper in Tabak gegen das HI-Virus herzustellen.