Seite 2: Die Wurzeln einer Idee

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Bei der Photosynthese ziehen die Pflanzen Kohlendioxid aus der Atmosphäre und nutzen die Energie des Sonnenlichts, um es in Zucker umzuwandeln. Einen Teil des Zuckers verbrennen sie zur Energiegewinnung, einen anderen Teil verwenden sie zum Aufbau weiterer Pflanzenmasse – sie werden zu einem Kohlenstoffspeicher.

Eine Forschergruppe an der University of Illinois Urbana-Champaign hat diesen Prozess beschleunigt und ihre Ergebnisse Anfang 2019 veröffentlicht. Sie lösten ein Problem mit RuBisCO, einem Enzym, das viele Pflanzen zur Aufnahme von Kohlenstoff aus der Atmosphäre verwenden. Manchmal verbindet sich das Enzym versehentlich mit Sauerstoff, ein Fehler, der zu einer Art Toxin wird. Wenn die Pflanze dieses Material verarbeitet, muss sie einen Teil ihres Zuckers verbrennen, wodurch Kohlenstoff wieder an die Atmosphäre abgegeben wird. Ein Viertel oder mehr des von den Pflanzen aufgenommenen Kohlenstoffs kann durch diesen Prozess, die so genannte Photorespiration, verloren werden.

Die Forscher fügten Gene in Tabakpflanzen ein, die ihnen halfen, das problematische Material in mehr Zucker umzuwandeln. Diese genetisch veränderten Pflanzen waren um 25 Prozent größer als die Kontrollpflanzen. Dieser Durchbruch wäre eine gute Nachricht für die Naturlandschaften der Welt: Wenn dieser genetische Weg zu produktiveren Pflanzen führt, benötigen wir weniger Ackerland und müssen weniger Wälder und Grasland roden, die sonst abgeholzt werden müssten, um die Menschen zu versorgen. Was die Fähigkeit der Pflanzen anbelangt, langfristig Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen, so ist der Trick aber nicht sehr hilfreich. Denn jedes Jahr wird ein Großteil des Kohlenstoffs in der Biomasse der Nutzpflanzen wieder in die Atmosphäre abgegeben, sei es durch Mikroben, Pilze oder den Menschen selbst.

Dennoch erregte das Forschungsergebnis die Aufmerksamkeit von Maddie Hall, einer Veteranin mehrerer Silicon-Valley-Start-ups, die daran interessiert war, ihr eigenes CO₂-Abscheidungsprojekt zu starten. Hall wandte sich an Donald Ort, den Biologen, der das Projekt geleitet hatte, und erfuhr, dass die gleichen Verbesserungen auch bei Bäumen funktionieren könnten, die lange genug im Boden bleiben, um als potenzielle Klimalösung zu dienen.

Ehrgeizige Zukunftstechnologien

Ende 2019 legte Hall den Namen für ihr Start-up fest: Living Carbon. Kurze Zeit später traf sie Mellor auf einer Klimakonferenz. Mellor war damals Stipendiat des Foresight Institute, einer Denkfabrik, die sich mit ehrgeizigen Zukunftstechnologien beschäftigt, und hatte sich für Pflanzen wie Pycnandra acuminata interessiert. Dieser Baum, der auf den südpazifischen Inseln Neukaledoniens beheimatet ist, entzieht dem Boden große Mengen an Nickel. Das ist wahrscheinlich eine Abwehrmaßnahme gegen Insekten, aber da Nickel natürliche antimykotische Eigenschaften hat, ist das entstehende Holz weniger anfällig für Fäulnis. Mellor dachte sich: Warum nicht das richtige Gen in weitere Arten übertragen, um ein Azolla-Event zu entwickeln?

Als Mellor und Hall sich trafen, erkannten sie, dass sich ihre Projekte ergänzten: Wenn man die Gene zusammenbringt, erhält man einen echten Superbaum, der schneller wächst und in der Lage ist, Kohlenstoff dauerhaft zu speichern. Hall nutzte verschiedene Kontakte im Silicon Valley, um 15 Millionen US-Dollar Startkapital zu sammeln. Das Unternehmen war geboren.

In gewisser Weise war das Ziel von Living Carbon einfach, zumindest was die Photosynthese betraf: Man nahm bekannte genetische Pathways und brachte sie in neue Arten ein – ein Prozess, der seit fast 40 Jahren mit Pflanzen durchgeführt wird. "Das Ganze wird oft mystifiziert, aber eigentlich handelt es sich nur um eine simple Reihe von Labortechniken", sagt Mellor.

Da weder Mellor noch Hall über umfangreiche Erfahrungen mit solchen genetischen Transformationen verfügten, zogen sie externe Wissenschaftler hinzu, um einen Teil der Arbeiten durchzuführen. Das Unternehmen konzentrierte sich darauf, den von Ort entwickelten Weg der verstärkten Photosynthese in Bäumen nachzubilden – und zwar bei zwei Arten: Pappeln, die wegen ihres gut untersuchten Genoms bei Forschern beliebt sind, plus Loblolly-Kiefern, eine weit verbreitete Holzart. Bis 2020 wurden die optimierten Bäume in einem "Grow Room", einem umgebauten Tonstudio in San Francisco, gepflanzt. Die verbesserten Pappeln zeigten schnell Ergebnisse, die noch vielversprechender waren als die Tabakpflanzen von Ort. Anfang 2022 veröffentlichte das Team von Living Carbon ein Paper auf dem Preprint-Server bioRxiv, in dem es heißt, dass der leistungsstärkste Baum nach fünf Monaten 53 Prozent mehr oberirdische Biomasse aufwies als die Kontrollgruppe. (Eine von Fachleuten überprüfte Version des Papiers erschien im April in der Zeitschrift Forests.)

Die Arbeit dauert

Pflanzengenetische Forschung kann ein langwieriges wissenschaftliches Unterfangen sein. Was im Gewächshaus, wo die Bedingungen sorgfältig kontrolliert werden können, funktioniert, ist im Freiland, wo die Licht- und Nährstoffmengen, die eine Pflanze erhält, variieren, möglicherweise nicht ausreichend. Der Standardschritt nach einem erfolgreichen Gewächshausversuch ist ein Feldversuch, der es den Wissenschaftlern ermöglicht, zu beobachten, wie sich gentechnisch veränderte Pflanzen im Freien bewähren, ohne sie wirklich in die Natur freizusetzen.

Die Vorschriften des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) für solche Feldversuche zielen darauf ab, den "Gendrift" zu minimieren, bei dem sich die neuen Gene in der Umwelt ausbreiten könnten. Die Genehmigungsschritte verlangen, dass solche Biotech-Bäume weit entfernt von Arten gepflanzt werden, mit denen sie sich potenziell vermehren könnten. In einigen Fällen schreiben die Regeln vor, dass alle Blüten entfernt werden müssen. Nach der Studie müssen die Forscher zudem den Standort kontrollieren, um sicherzustellen, dass keine Spuren der genetisch veränderten Pflanzen zurückbleiben.

Vor der Anpflanzung von Bäumen in Georgia startete Living Carbon seine eigenen Feldversuche. Das Unternehmen stellte Forscher Strauss von der Oregon State University ein, die Living Carbon den Pappelklon zur Verfügung gestellt hatte, den es für seine Gentransferversuche verwendet hatte. Im Sommer 2021 pflanzte Strauss dann die genetisch veränderten Bäume auf einem Teil des Universitätsgeländes in Oregon.

Strauss führt solche Feldversuche schon seit Jahrzehnten durch, oft für kommerzielle Unternehmen, die versuchen, bessere Holztechnologien zu entwickeln. Es ist ein Prozess, der Geduld erfordert, sagt er: Die meisten Unternehmen wollen bis zu einer "halben Rotation" oder bis zur Mitte des Erntealters warten, bevor sie entscheiden, ob die Ergebnisse eines Feldversuchs vielversprechend genug sind, um mit einer kommerziellen Anpflanzung fortzufahren. Die Bäume von Living Carbon werden möglicherweise nie abgeerntet, was die Festlegung eines Stichtags schwierig macht. Im Februar – also weniger als zwei Jahre nach dem Feldversuch und kurz vor der ersten Anpflanzung von Living Carbon – sagte Strauss noch, es sei noch zu früh, um festzustellen, ob die Bäume des Unternehmens die gleiche Leistung wie im Gewächshaus erbringen würden. "[Das Freiland] könnte sich negativ auswirken", sagte er. "Wir wissen es nicht."