Können Wissenschaftler Obst und Gemüse widerstandsfähig gegen den Klimawandel machen?

Im Jahr 2023 hat eine neue Apfelsorte auf einer Messe in Berlin ihr Debüt im Handel gegeben. Der Tutti ist knackig, saftig und hat die perfekte Röte - eine wunderschöne Sorte, deren Züchtung Jahrzehnte dauerte. Aber er hat einen noch größeren Anspruch auf Ruhm: Er ist so konzipiert, dass er bei Temperaturen von bis zu 40° Celsius (104° Fahrenheit) gedeiht.

Der Apfel ist ein Produkt der Hot Climate Partnership, einer Zusammenarbeit zwischen Forschern und Industriegruppen in Spanien und Neuseeland, die sich zum Ziel gesetzt hat, Pflanzen zu züchten, die in immer heißeren Klimazonen gedeihen können. Die Gruppe schloss sich im Jahr 2002 zusammen, als die Sommer in der spanischen Region Katalonien immer heißer wurden und die dort angebauten Äpfel verbrannten und matschig wurden. Nach mehr als 20 Jahren der Kreuzung auf Hitzetoleranz wurde die Tutti (deren Forschungsname HOT84A1 lautet) vorgestellt.

Jetzt wird die Tutti weit über die Vereinigten Staaten, Chile und China hinaus angebaut und reiht sich ein in eine wachsende Liste von Obst- und Gemüsesorten, die Forscher angesichts der Erwärmung der Erde klimafest zu machen versuchen. Mit altbewährten Methoden - Kreuzungen, Wiederbelebung einheimischer Pflanzen, hitzeangepasste Pflanztechniken - und neuen Methoden wie der Genmanipulation versuchen Forscher, Pflanzenzüchter und Hobbygärtner dem sich verändernden Planeten einen Schritt voraus zu sein.

Das ist eine Mammutaufgabe. Was sich vor 20 Jahren noch heiß anfühlte, ist heute alltäglich, sagt Joan Bonany, ein Pomologe am Institut für landwirtschaftliche Forschung und Technologie bei Barcelona, der die Hot Climate Partnership mitbegründet hat. Die Erinnerungen an einen gemütlichen Spaziergang zwischen seinen gepflegten Reihen von Apfel- und Birnbäumen „reichen immer weiter in die Vergangenheit zurück“, sagt er, und die Zukunft vorauszusehen „ist wie das Schießen auf ein bewegliches Ziel“.

Science News sammelt Fragen von Lesern zum Umgang mit dem sich verändernden Klima auf unserem Planeten.

Was wollen Sie über extreme Hitze wissen und wie sie zu extremen Wetterereignissen führen kann?

In gewisser Weise, so Bonany, ist die Tutti bereits veraltet.

„Temperaturen über 40° Celsius, die in Zukunft immer häufiger vorkommen werden, werden echte Probleme verursachen“, sagt Mario Andrade, Pflanzengenetiker an der University of Maine in Orono und Mitinitiator eines Projekts zur Entwicklung klimaresistenter Kartoffeln.

Um dieses bewegliche Ziel zu erreichen, beginnen die Wissenschaftler mit dem, was sie darüber wissen, wie Pflanzen Hitze vertragen.

Die Forschung hat gezeigt, dass schon ein geringer Temperaturanstieg während der Vegetationsperiode den Ertrag vieler Pflanzen erheblich schmälern kann. Weltweit führt beispielsweise jedes Grad Celsius zu einem Rückgang der Reis- und Weizenerträge um 10 bzw. 6,4 Prozent - Nahrungsmittel, die zusammen mit Mais den Großteil der weltweiten Nahrungsmittelkalorien liefern.

Aber das ist nur eines von vielen Dingen, die bei einem Temperaturanstieg schief gehen können. Andere Anzeichen für Hitzestress, die Sie bei Ihren eigenen Gartenpflanzen häufig beobachten können, sind Welken, langsameres Wachstum, Verbrennungsspuren an Blättern und Stängeln, kleinere Früchte und Gemüse oder Pflanzen, die zwar blühen, aber keine Früchte tragen - ein Zeichen dafür, dass ihre hitzeempfindlichen Pollen geschädigt wurden. Einige Pflanzen signalisieren ihre Notlage sogar akustisch, indem sie kleine Ultraschallgeräusche von sich geben, wenn sie sehr durstig sind (SN: 30.3.23).

Wenn die Temperaturen weiter steigen, beginnen die Proteine der Pflanzen, die wichtige Funktionen ausführen, wie die Regulierung der Photosynthese, den Transport von Wasser und Nährstoffen und die Abwehr von Krankheiten, sich zu entfalten und zusammenzubrechen, sagt Owen Atkin, ein Botaniker an der National University of Australia in Canberra, der hitzeresistenten Weizen entwickelt. Die Pflanzen können diese Schäden mit schnell wirkenden Hitzeschockproteinen reparieren. Und oberhalb von 50° C beginnen die Pflanzen, die chemische Zusammensetzung ihrer Zellmembranen zu verändern, um zu verhindern, dass ihre Lipide schmelzen wie Butter auf dem Küchentisch. Aber das hat seinen Preis.

„Die Kosten für das Überleben, während man versucht, zu reparieren, zu reparieren, zu reparieren, weil der Abbau schneller ist, bedeuten, dass man viel mehr Energie für das Überleben aufwendet“, sagt Atkin. „Wir brauchen einen Durchbruch, um uns vor dieser Art von Schaden zu schützen.“

Die meisten neuen Pflanzenarten werden auch heute noch wie vor Tausenden von Jahren durch ein Verfahren geschaffen, das als selektive Züchtung bekannt ist: Eltern mit erwünschten Merkmalen werden gekreuzt und ihre Nachkommen über mehrere Generationen hinweg ausgedünnt, bis nur noch die robustesten übrig bleiben. Das ist ein langwieriger Prozess, und es gibt nicht viele Möglichkeiten, ihn zu verkürzen - „Eine Pflanze wächst so schnell, wie sie wächst“, sagt Andrade - aber es gibt neue Wege, den Prozess effizienter zu gestalten.