10 botanische Beobachtungen, die die Welt verändern können

Wenn es um große wissenschaftliche Nachrichten geht, scheint der Bereich der Botanik - der Zweig der Biologie, der sich mit dem Pflanzenleben befasst - immer wie das schüchterne Kind auszusehen, das ausgelassen wird. Die Menschen scheinen ein Bild von Botanikern zu haben, das verehrungswürdig ältere, verherrlichte Gärtner umfasst, die beim Pflanzen von Blumen mit wenig Spaten im Boden knien.

Die Botanik steht jedoch an der Spitze der Wissenschaft. Das Feld hilft dabei, jene reizvolleren Bereiche zu informieren und zu gestalten, die alle Kameras und Aufmerksamkeit wie Genetik, Biotechnologie, Paläontologie und Klimawandelstudien erhalten. Es gibt jedoch viele botanische Beobachtungen, die die Welt heute zu verändern versprechen.

10Fungi Can Ernteerträge steigern

Im Jahr 2014 lernten die Wissenschaftler, wie sie die symbiotischen Beziehungen zwischen Pflanzen und Pilzen nutzen können, um den Ernteertrag zu steigern und gleichzeitig weniger Dünger zu verwenden.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass die meisten Pflanzen nützliche Pilze im Boden verwenden, um Mykorrhizen (Pilzwurzeln) zu produzieren. Diese Pilze besitzen langdauernde Filamente, sogenannte Hyphen, die Nährstoffe erreichen können, die die eigenen Wurzeln einer Pflanze nicht können. Diese Beziehung hilft Pflanzen, diese Nährstoffe effizienter zu sammeln.

Nun hat ein Forscherteam unter der Leitung von Dr. Michael Schultze von der Abteilung für Biologie in York, England, ein Protein entdeckt (als "Protonenpumpe" bekannt), das als Schnittstelle zwischen Pilzen und Wurzelzellen dient. Dadurch können Nährstoffe an die Pflanze abgegeben werden. Diese Bemerkung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Die Pflanzenzelle das wird von der American Society of Plant Biologists produziert.

Dr. Schultze hat erklärt, dass die Mykorrhizen-spezifische Protonenpumpe eine Möglichkeit für Pflanzenzüchter ist, die Ernteerträge zu steigern und gleichzeitig den Einsatz von Düngemitteln zu minimieren, indem die natürliche Steigerung der Nährstoffgewinne genutzt wird. Mineraldünger sind eine bekannte Quelle für Umweltprobleme. Sie können zur Bodenerosion und zur Verseuchung des Grundwassers mit Nitraten und Phosphaten führen. Hohe Nitrate sind gefährlich für die menschliche Gesundheit. Die Phosphatverunreinigung führt zum Überwachsen von Algen, wenn Algen absterben und während der Zersetzung Sauerstoff aus dem Wasser austritt - ein Vorgang, der Eutrophierung genannt wird.

9Wichtige Vorteile der Widerstandsfähigkeit gegen Mais

BT-Mais (behandelt mit den Bakterien) Bacillus thuringiensis) ist die bekannte gentechnisch veränderte Maissorte, die gegen Maiswurzelbohrer resistent gemacht wird. Diese Schädlinge im Mittleren Westen der USA verwüsten Ernten sowohl in Form von Larven als auch von Käfern. Maiswurzelbohrer kosten Züchter jährlich mehr als eine Milliarde Dollar.

Bt-Mais schützt sich selbst, indem er in sich ein Pestizid namens BT (bakterielles Toxin) produziert. Dies verringert die Notwendigkeit, den Mais mit Pestiziden zu besprühen. Neben den offensichtlichen Vorteilen haben Wissenschaftler festgestellt, dass Bt-Mais oft die Erwartungen übertrifft und höhere Erträge erbringt als erwartet.

Im Jahr 2012 veröffentlichten Fred Below und Jason Haegele von der University of Illinois in Urbana-Champaign eine Studie, in der festgestellt wurde, dass Bt-Mais die Erträge erhöht, indem er die Stickstoffzufuhr erhöht und gleichzeitig die Effizienz der Stickstoffnutzung erhöht. Da die Pflanzen nicht in teure Strategien zum Schutz vor Schädlingen investieren müssen, können sich die Pflanzen mehr gesunde und aktive Wurzelsysteme entwickeln, was zu einer erhöhten Produktion führt.

Bt-Mais verspricht auch Wissenschaftlern, die Wurzelsysteme erforschen. Große Populationen von Pflanzen, die ähnlich wie Kulturpflanzen zusammenwachsen, können große Netzwerke von Wurzelsystemen erzeugen, wenn diese Wurzeln vor Schädlingen geschützt werden. Dies gibt Forschern ein größeres Reservoir an Ressourcen, um zu verstehen, wie Root-Systeme funktionieren. Dies kann wiederum zu neuen, fruchtbaren Wegen in Forschung und Entwicklung führen.

8Robots inspiriert von Pflanzen

Forscher eines EU-finanzierten Projekts am Istituto Italiano di Tecnologia arbeiten an einer Reihe fortschrittlicher Roboterprojekte, die von einer scheinbar unwahrscheinlichen Quelle inspiriert werden: dem Pflanzenleben.

Barbara Mazzolai ist die Koordinatorin des FP7-PLANTOID-Projekts, das darauf abzielt, Hardware- und Softwarelösungen im Bereich der Robotik zu entwerfen und zu prototypisieren, die von Anlagen inspiriert sind. Dazu gehören die Art und Weise, wie sie sich bewegen, die Welt wahrnehmen und sogar wie ihre Wurzeln wachsen. Während viele Pflanzen als passive Organismen betrachten, die praktisch nichts tun, bewegen sich Pflanzen tatsächlich. Oft ist diese Bewegung auf "äußerst effiziente Weise".

Die Gruppe hat einen allgemeinen Prototyp entwickelt, der darauf abzielt, die Art und Weise zu nutzen, wie Pflanzen mit der Welt interagieren. Es verfügt über einen 3-D-gedruckten Kofferraum und Blätter, die Dinge wie Temperatur, Schwerkraft und Luftfeuchtigkeit wahrnehmen. Es hat auch ein Wurzelsystem, das wächst und bei Bedarf die Richtung ändert. Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler sich mit Anlagen befassen, um Probleme mit der Robotik zu lösen.

Mazzolai und ihr Team hoffen, diese Arbeit in so unterschiedlichen Bereichen wie Landwirtschaft, Medizin und Weltraumforschung einsetzen zu können. Sie stellen sich zukünftige Roboter vor, die auf eine außerirdische Welt fallen gelassen werden könnten, in die sie sich implantieren und sensorische Informationen verwenden würden, um sich an raue Umgebungen anzupassen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, flexible endoskopische Operationsroboter zu schaffen, die sich durch den menschlichen Körper bewegen können.

Das PLANTOID-Projekt wird von der EU mit 1,6 Millionen Euro unterstützt und soll 2015 abgeschlossen werden. Das Team arbeitet derzeit an einem fortgeschritteneren Prototyp mit mehr Fähigkeiten. Sie hoffen, ein Modell entwickeln zu können, das ihre äußere Umgebung nutzt, um Energie zu gewinnen, und intelligentere Roboter, die aus Umwelteinflüssen lernen und auf deren Grundlage Entscheidungen treffen können. Sie können den Fortschritt des Projekts verfolgen und hier mehr erfahren.

7Desert Landwirtschaftstechniken

Jüngste Forschungen zu Wüstenlandwirtschaftstechniken haben zu neuen Beobachtungen geführt, wie Pflanzen Beziehungen zu Bakterien bilden, um das Wachstum zu fördern. Dies hat wichtige potentielle Anwendungen.

In einer 2012 veröffentlichten Studie PLUS EINSForscher verwendeten eine dürresensible Pfefferpflanze (Capsicum annuum L.) und konzentrierte sich auf die Organismen, die unter Dürrebedingungen um sie herum wuchsen. Sie machten dies, indem sie Wurzelsysteme zerlegten und sowohl kultivierte als auch unbebaute Böden beprobten.

Sie fanden heraus, dass die Bakterien, die die Pflanzen umgaben, unter Dürrebedingungen angereichert waren, und die Pflanzen zu einem Anstieg der Photosynthese und der Biomasseproduktion um 40 Prozent trieben.

Je mehr Pflanzenbiologen untersuchen, wie Pflanzen mit den um sie herum wachsenden Organismen interagieren, desto sinnvoller ist es, von Pflanzen als "Meta-Organismus" zu sprechen, bei dem das Mikrobiom um sie herum ebenso Teil des Ganzen ist wie die Pflanze selbst. In einer Welt, in der der Klimawandel und die wachsende Bevölkerung des Menschen die Wasserverfügbarkeit und die für die Landwirtschaft nutzbare Fläche stark beanspruchen, wird diese Forschung uns helfen, hohe Ernteerträge bei minimaler Bewässerung beizubehalten.

6Außenfarm

Da Algenblüten die Strände schließen und die Ökosysteme stören, sind Algen seit einiger Zeit ein wachsendes Umweltproblem. Viele sehen dies als eine Geißel und ein Problem, das wir ausrotten müssen.

Aber eine Gruppe von Forschern stimmt nicht zu. Sie sagten: „In unserer Forschung wenden wir das Argument auf den Kopf und sehen Algen als Ressource. Wir sammeln an den Küsten überschüssige Algen und kultivieren neue Algen auf See. “Warum sollten sie das tun?

Fredrik Grondahl, Leiter des Seafarm-Projekts am KTH Royal Institute of Technology in Schweden, hofft, Algen als billige und reichhaltige Nahrungsquelle, Medizin, Plastik und Biotreibstoff zu nutzen. Der Mensch verbraucht fast 40 Prozent der Produktion, die aus landgestützten Ökosystemen stammt, aber nur etwa 1 Prozent des Meeres.

Die übermäßige Befruchtung unserer Ozeane aufgrund von menschlicher Aktivität - Eutrophierung genannt - führt dazu, dass zu viele Algen entstehen, und was noch schlimmer ist: Was wir aus dem Meer produzieren, ist meistens ausbeuterisch. Einige Fischereipraktiken, einschließlich Schleppnetzfischerei, verwüsten die Ozeane. Trawling tötet Tausende von Lebewesen, die niemals verwendet werden, um die Fische zu bekommen, die Trawler wollen. Die Nutzung des Algenpotenzials könnte dies ändern. Sein Nutzen ist unglaublich und wird in den meisten westlichen Kulturen fast völlig außer Acht gelassen.

Algen enthalten Vitamine, Aminosäuren und Mineralien. Es kann einfach gegessen oder zur Herstellung von Gewürzen und Ölen verwendet werden. Es kann auch umweltschädlichere Formen von Tierfutter ersetzen. Braunalgen können dreimal so viel Zucker produzieren wie Zuckerrüben.

Grondahls Seafarm-Projekt baut Algen auf Fässern an und erntet sie an Land, wo sie durch Biorefining-Prozesse weiterverarbeitet werden. Seine Farm und ähnliche Projekte haben ein enormes Potenzial, um die Welt zu verändern.

Andere Nationen verwenden Algen seit geraumer Zeit. Viele Teile Asiens, insbesondere Japan, verwenden es seit Jahrhunderten. Irland, ein Land mit einer langen Tradition der Verwendung von Seetang, hat seit 2010 umfangreiche Algenanbauprojekte entwickelt. Im Jahr 2011 begann Norwegen mit ähnlichen Projekten. Vielleicht sind die Seefarmen, die von Science-Fiction-Schriftstellern und Zukunftsforschern vorgesehen sind, nun endlich auf dem Weg.

5Neue Pilzbeobachtungen könnten zu verbesserten Fungiziden führen

Eine neue Studie von Forschern der University of Exeter in England, veröffentlicht in der Oktoberausgabe von Nature Communicationszeigt den Mechanismus, bei dem die meisten pathogenen Pilze das Immunsystem der Pflanzen, die sie angreifen, vermeiden. Dieser Befund verspricht eine völlig neue Generation von Fungiziden.

Biowissenschaften Professor Gero Steinberg von der UOE hat darauf hingewiesen, dass pathogene Pilze ein großes Potenzial für die Zerstörung der weltweiten Nahrungsmittelsicherheit haben und bereits Milliarden von Dollar an Schäden verursachen. Er sagte: "In der Tat sind die Verluste von Weizen, Reis und Mais durch Pilzpathogene pro Jahr die gleichen wie die jährlichen Ausgaben des US-amerikanischen Heimatschutzministeriums - etwa 60 Milliarden Dollar."

Es stellt sich heraus, dass die meisten pathogenen Pilze einer Pflanze Effektorproteine ​​injizieren, mit denen sie die automatischen Reaktionen des Immunsystems umgehen und in Pflanzenzellen gelangen kann. Die Pilze verwenden Signalorganismen, sogenannte frühe Endosomen, die sich zwischen dem Zellkern der Pilzzelle und dem Invasionspunkt bewegen. Sie wirken als Botenstoffe und liefern die Proteine, die den Pilz dann sicher in die Pflanze gelangen lassen.

Durch das Erlernen der Deaktivierung dieses Prozesses sollten Forscher in der Lage sein, neue Fungizide bereitzustellen, die die Krankheit behandeln, bevor der Pilz jemals die Chance hat, seine schmutzige Arbeit zu verrichten. Gegenwärtige Fungizide werden von pathogenen Pilzen oft schnell unwirksam, weil ihre schnellen Wachstumsraten ihnen helfen, sich schnell an die Behandlung von Pilzen anzupassen.

4Human Darm Mikroben können pflanzliche Biokraftstoffe liefern

Um Pflanzen als Biokraftstoffe nutzen zu können, benötigen Wissenschaftler einen Weg, die Zellwände einer Pflanze effizient abzubauen. Traditionell tun sie dies, indem sie bestimmte Mikroben verwenden, die die nützliche Eigenschaft besitzen, genau das zu tun. Zu den möglichen Kandidaten gehören die Mikroben, die in Kuhgerüsen und Termitenhöhlen vorhanden sind.

Aber in einer Studie von 2014 im Verfahren der National Academy of SciencesProfessor Isaac Cann von der University of Illinois und sein Forscherteam glauben, dass sie einen besseren Kandidaten gefunden haben.

Die Studie bestätigt eine frühere Hypothese, dass Darmmikroben beim Menschen die Fähigkeit haben, Ballaststoffe zu verdauen und in Zucker umzuwandeln, die wiederum Nährstoffe fermentieren, die menschliche Zellen verwenden. Dieselben Zucker können der Hefe zugeführt werden, um Ethanol und andere flüssige Brennstoffe zu erzeugen. Zwei der beim Menschen gefundenen MikrobenBacteroides intestinalis und Bacteroides ovatusEs scheint, als wären sie bei der Zerlegung komplexer Pflanzenfasern effizienter als selbst bei Kühen.

Diese Entdeckung kann nicht nur wichtige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben, sondern auch die Biokraftstoffindustrie, die uns alle in die Lage versetzt, enorme Umweltvorteile zu erzielen.

3 Bäume, die die Bioproduktion steigern können

Forscher des Zentrums für Pflanzenbiotechnologie und Genomik haben eine neue Form der Biotechnologie entwickelt: Eine Technik zur Steigerung der Biomasseproduktion einer Waldplantage, ohne die Wachstumsrate, Zusammensetzung oder Anatomie eines Baums zu verändern. Dies erhöht nicht nur die Gesamtproduktion von Bäumen, ohne den Nahrungsbedarf der Bäume zu erhöhen, sondern dies auch auf eine Weise, die die Auswirkungen der globalen Erwärmung abschwächen und die Energiesicherheit erhöhen kann, indem auf gleichem Raum eine wesentlich höhere Holzproduktion ermöglicht wird.

Sie taten dies durch eine Technik, die die Expression bestimmter Gene modifiziert, die für einen Prozess verantwortlich sind, der als „syleptische Verzweigung“ in Bäumen bezeichnet wird, wodurch die Anzahl der Äste, die Größe der Blattfläche und das Gesamtwachstum erhöht werden. Die Forscher behaupten, dass ihre Technik möglicherweise bei jeder Holzpflanze wirken kann.

Aufgrund seiner potenziellen Anwendungen im Bioenergiesektor und auf den Energiemärkten wurde das Verfahren patentiert.

2Sound Vibrations kann bald die Ernte steigern

In Europa gibt es in vielen Ländern umfangreiche Pestizidverbote. Dies setzt die Forscher unter Druck, alternative Methoden zur Bekämpfung von Schädlingen zu finden. Könnte es möglich sein, eines Tages viele Pestizide der Welt durch ein solides und geruchsbasiertes Insektenbekämpfungssystem zu ersetzen? Forscher in Italien denken so.

Ilaria Pertot und ein Team von EU-Forschern, die am PURE-Projekt arbeiten, haben mit Schallschwingungen und Pheromonen experimentiert, um das Paarungsverhalten der europäischen Traubenbeeren und der Zikade zu stören Scaphoideus titanus-zwei Traubenschädlinge.

Mit Trauben allein, auf die 38 Prozent des Pestizideinsatzes in ganz Europa entfallen, ist es leicht einzusehen, wie diese Forschung enorme Umweltvorteile haben kann, selbst wenn sich herausstellt, dass sie nicht weit verbreitet ist.

Die Forscher behaupten, dass die von ihnen entwickelten Methoden auf der Grundlage ihrer bisherigen Studie ebenso effizient sind wie der Einsatz chemischer Pestizide und sie möglicherweise vollständig ersetzen können.

1Chinese Plant Diversity ist entscheidend für die globale Ernährungssicherheit

Der Westen hatte in den letzten Jahrzehnten einige Gründe, China zu beneiden, und es könnte durchaus einen anderen geben. Ein botanisches Team der Universität Birmingham in England und Partner aus China behaupten, dass die enorme Vielfalt der Pflanzen in China für die globale Ernährungssicherheit in der Zukunft von entscheidender Bedeutung sein kann.

Chinas Flora umfasst über 20.000 höhere Pflanzenarten. Die Forscher identifizierten 871 dieser einheimischen Arten, die als Crop Wild Verwandten (CWR) bekannt sind. Sie werden dies aufgrund ihres genetischen Potenzials zur Anpassung und zur Erhaltung von 28 wichtigen globalen Kulturpflanzen (wie Reis, Weizen, Sojabohnen und vielen anderen) genannt. Einige werden verwendet, um Kulturpflanzen zu unterstützen, die Widerstandsfähigkeit gegen Kälte zu verbessern oder gegen Toxine zu wirken. Andere haben die Trockenheitsresistenz oder die Nährstoffqualitäten wie den Proteingehalt verbessert. 42 Prozent von ihnen kommen nirgendwo sonst auf der Welt vor.

Es sind jedoch nicht nur gute Nachrichten. Die Forscher fanden auch heraus, dass mindestens 17 Prozent dieser enorm wertvollen Arten vom Aussterben bedroht sind und sofortige Aufmerksamkeit erfordern. In der Zwischenzeit, mit einer Datenbank aller fertiggestellten Arten, sind Bestrebungen im Gange, die Arten in den Genbanken zu erhalten, um ihre wertvollen Merkmale zu erhalten.

Die Welt beginnt gerade erst zu erkennen, wie wichtig CWRs und andere Wildpflanzen sind, um die Auswirkungen der globalen Erwärmung zu mildern und die Stabilität der Landwirtschaft zu gewährleisten. Der Forscher Shelagh Kell sagte, dass die Politik unglaublich komplex ist und dass „der CWR Chinas dringend Aufmerksamkeit geschenkt werden muss, um sicherzustellen, dass sie angemessen erhalten bleiben, damit diese Vielfalt für die Verwendung in Kulturverbesserungsprogrammen verfügbar ist, bevor sie für immer verloren geht. ”