Berkley Walker möchte die Fotosynthese für einen sich verändernden Klima umgestalten.

Obwohl Berkley Walker ursprünglich den Beruf des Unternehmers anstrebte, wandte er sich dem Bereich der Wissenschaft zu. Als Gymnasiast gründete er in Portland, Oregon, ein Müsliriegelgeschäft, das sein Grundstudium in Mikrobiologie finanzierte.

Nach seinem Abschluss übernahm Walker die Rolle eines Produktmanagers bei einem Instrumentenhersteller im US-Bundesstaat Washington. Sein Plan war es, eine Business School zu besuchen und anschließend in die Biotech-Branche einzusteigen. Ein Kurs in Umweltbiophysik an der Washington State University im Jahr 2009 veränderte jedoch seinen beruflichen Werdegang.

Der Schwerpunkt des Kurses lag auf der Verwendung von Mathematik zur Modellierung physikalischer Systeme in der Natur. Laut Walker weckte das Verständnis der Wechselwirkung von Energie und Materie in der Umwelt mithilfe mathematischer Modelle sein Interesse an der Pflanzenwissenschaft. Er beschloss, diesen Weg zu gehen, mit dem Wunsch, der Welt einen wertvollen Beitrag zu leisten.

Walker forscht jetzt an der Michigan State University mit dem Ziel, die Feinheiten der Photosynthese zu verstehen und sie zu optimieren.

Walker hegt eine tiefe Faszination für Pflanzen und beschreibt ihre Fähigkeit, Sonnenlicht und Kohlendioxid aufzunehmen, um Nahrung, Kleidung, die Luft, die wir atmen, und Energie zu produzieren, mit „wundersamen“ Worten.

Allerdings räumt er ein, dass die Photosynthese nicht so effizient ist, wie es scheint. Ihm zufolge schafft es ein Blatt nur, etwa 1 Prozent des Sonnenlichts in nutzbare Energie umzuwandeln. Diese Ineffizienz ist teilweise auf Fehler in der ersten Phase der Photosynthese zurückzuführen. Ein Enzym, das CO2-Moleküle einfangen soll, bindet stattdessen oft Sauerstoff, was zu einer Verbindung führt, die die Photosynthese hemmt und zu deren Entfernung einen hochenergetischen Prozess namens Photorespiration erforderlich macht.

Walker postulierte, dass im Mittleren Westen der USA der Energieverlust durch diesen Recyclingprozess während einer durchschnittlichen Weizen- und Sojabohnen-Anbausaison etwa 148 Billionen Nahrungskalorien entsprechen könnte. Eine Effizienzsteigerung könnte sich erheblich auf die landwirtschaftliche Produktivität auswirken und erfordert daher ein tieferes Verständnis der Photorespiration.

Zu diesem Zweck entwickelte Walker eine innovative Methode zur Verfolgung von Kohlenstoffmolekülen in Blättern, wie in einer 2022 in Nature Plants veröffentlichten Studie beschrieben. Die Studie berichtet über den Einsatz der Flussanalyse, um die Bewegung von Molekülen im Stoffwechselnetzwerk der Pflanzen aufzudecken.

Um den Stoffwechsel einer Pflanze einzufrieren, brauchten sie eine effizientere Methode als das Sprühen von flüssigem Stickstoff auf die Instrumentenkammer, in der sich das Blatt befindet. Dies veranlasste Walker, ein Loch in die Kammer zu bohren, um schnell flüssigen Stickstoff auf die Blattoberfläche zu leiten. Wie der Postdoktorand Xinyu Fu betont, ist dies von Bedeutung, da sich Faktoren innerhalb von nur 10 Sekunden ändern können, die zum Öffnen der Kammer und zum Entfernen des Blattes erforderlich wären.

Ihre Forschung ergab, dass rund 40 Prozent der kohlenstoffhaltigen Aminosäure Serin, die bei der Photorespiration produziert wird, für etwas anderes, möglicherweise die Proteinsynthese, verwendet werden könnte, anstatt den gesamten Recyclingprozess zu durchlaufen. Daher könnte eine Verbesserung der Photorespiration als Reaktion auf den Klimawandel zu einem Ertrag proteinreicher Pflanzen führen. Walker betont jedoch, wie wichtig es ist, mögliche Kompromisse zu verstehen.

Walker wird für seine Bereitschaft zur Zusammenarbeit und sein großzügiges Wesen geschätzt. Sein ehemaliger Postdoc-Berater, Don Ort, lobte Walker für seine Leidenschaft für das Lehren und seinen Enthusiasmus.

Walker betrachtet die Pflanzenwissenschaft als eine Gemeinschaft, die sich für die Bewältigung zweier Hauptprobleme einsetzt: die Steigerung der Pflanzenproduktivität, um eine wachsende Bevölkerung zu versorgen, und die Anpassung an ein sich änderndes Klima, das verschiedene landwirtschaftliche Herausforderungen mit sich bringt. Er prognostiziert, dass für diese Probleme in den kommenden Jahrzehnten Lösungen gefunden werden, sei es in seinem Labor oder anderswo.

„Wer auch immer sich diese ausdenkt, und wenn gezeigt wird, dass sie in vielen Kulturen immer wieder funktionieren, dann ist das eine wirklich große Sache“, sagt er. „Das ist die Art von Idee, die wir verfolgen.“

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