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Alles im grünen Bereich : Nur noch kurz die Welt retten

Im Grünen Bereich: Photosynthese Bild: Charlotte Wagner

Die Photosynthese ist eine geniale Erfindung der Natur, aber alles andere als perfekt. Aus der Sicht eines Ingenieurs ist vor allem ihr Wirkungsgrad beschämend niedrig. Wissenschaftler wollen das ändern.

          Vergangene Woche erinnerte ich an den Nachhaltigkeitsapostel John Seymour, der zeit seines Lebens die autarke Existenz auf dem Lande gepriesen hat. Seymour war nicht nur Schriftsteller und Kleinbauer, sondern auch ein dezidierter Gegner der Konsumgesellschaft, des Autowahns und des umweltschädlichen Treibens in den Städten. Wenn es um Gentechnik ging, konnte er ganz besonders zornig werden. „Zurück zur Natur!“ könnte man sein Denken und Handeln zusammenfassen.

          Jörg Albrecht

          Verantwortlich für das Ressorts „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.

          Der Schlachtruf geht im Wortlaut zwar nicht, wie häufig behauptet, auf den französischen Philosophen Jean-Jacques Rousseau zurück. Aber er wird seitdem immer wieder hervorgeholt, wenn es um die Auswüchse der Industrialisierung geht. Und jedes Mal lautet das Gegenargument, dass die Menschheit davon nicht satt wird. Wenn man es jenseits aller ideologischen Scharmützel betrachtet, haben beide Seiten recht.

          Das häufigste wasserlösliche Protein auf diesem Planeten

          Die Grundlage allen höheren Lebens auf dieser Erde ist zweifellos die Photosynthese. Bei diesem Prozess nutzen Pflanzen die Energie des Sonnenlichts, um aus Wasser und Kohlendioxid Biomasse aufzubauen, die allen übrigen Pflanzen- und Fleischfressern als primäre Nahrungsquelle dient. Die Photosynthese ist eine geniale Erfindung der Natur, aber alles andere als perfekt. Aus der Sicht eines Ingenieurs ist vor allem ihr Wirkungsgrad beschämend niedrig. In Anwesenheit von Sauerstoff liegt er brutto bei maximal zwanzig und netto höchstens noch bei zwei Prozent.

          Schuld daran ist ein Enzym mit dem Namen Ribulose-1,5-Bisphosphat-Carboxylase-Oxygenase (RuBisCO), das für die Fixierung des Kohlendioxids verantwortlich ist. Es kommt in allen photosynthetisch aktiven Pflanzen und Bakterien vor, von der Menge her ist es das häufigste wasserlösliche Protein auf diesem Planeten. Leider geht RuBisCO ziemlich salopp zur Sache, denn in zwanzig Prozent akzeptiert es statt des Kohlendioxids auch ein Sauerstoffmolekül. Dadurch entsteht das für die Pflanze giftige Stoffwechselprodukt Phosphoglycolat, das biochemisch umgewandelt werden muss, wobei die Zelle am Ende CO2 ausscheidet. Dieser Entsorgungsweg nennt sich Photorespiration („Lichtatmung“) und kostet die Zelle eine Menge Energie, die sie andernfalls in die Synthese höherwertiger organischer Verbindungen hätte stecken können. Die Photorespiration gilt als einer der verschwenderischsten Stoffwechselprozesse überhaupt.

          Das hat den Bioingenieuren keine Ruhe gelassen. Seit etlichen Jahren tüfteln sie daran herum, wie man diesen energetischen Schandfleck beseitigen könnte. Der Molekularbiologe Paul South und seine Kollegen von der University of Illinois in Urbana-Champaign haben kürzlich in Science beschrieben, wie sie sich das vorstellen. Als Modellpflanze diente ihnen Tabak, dem sie drei verschiedene biochemische Bypässe legten, die dafür sorgen, dass CO2 bei der Entsorgung des giftigen Glycolats nicht mehr ausgeschieden wird, sondern nutzbringend in der Zelle verbleibt. Auf diese Weise, heißt es, könne die Pflanze rund vierzig Prozent mehr Biomasse erzeugen.

          Um billigere Zigaretten geht es dabei natürlich nicht. Ziel ist es, die Methode auf Nahrungspflanzen wie Soja oder Reis zu übertragen. John Seymour hätte darauf wohl mit einem neuerlichen Wutanfall reagiert.

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