Dass Pflanzen bei der Fotosynthese Sonnenlicht und Kohlenstoffdioxid nutzen, um Zucker und Sauerstoff zu produzieren, haben viele Menschen zumindest schon einmal gehört. Weniger bekannt ist, dass es verschiedene Typen der Fotosynthese gibt. Sie unterschieden sich in der Art und Weise, wie das CO2 verarbeitet wird.

Bei den meisten Pflanzen wird aufgenommenes CO2 in der Zelle "festgehalten" und direkt weiterverarbeitet. Eine dieser Varianten wird C4 genannt und ist etwa bei Getreide üblich. Die Fotosynthese läuft bei Hitze weiter, was für die Produktivität in der Landwirtschaft eine gute Sache ist – vorausgesetzt, es ist genügend Wasser vorhanden.

Widerstandskraft durch alternativen Mechanismus

Wüstenpflanzen wie die Agave nutzen eine andere Form der Photosynthese, die CAM genannt wird. Sie nehmen CO2 in der Nacht auf und speichern es, um es tagsüber zu verarbeiten. Tagsüber sind die Poren der Blätter geschlossen. Bei starker Austrocknung können CAM-Pflanzen die Poren aber auch nachts schließen. In der Wüste ist das nützlich, weil Austrocknung verhindert werden kann. Pflanzen mit dem CAM-Mechanismus können also Dürre besser überstehen, die Fotosyntheseaktivität nimmt dabei aber ab.

Für die Landwirtschaft ist dies eine interessante Eigenschaft und ein Ansatzpunkt für mögliche gentechnische Veränderungen, etwa von Getreide. Doch eine reine Transplantation der CAM-Fotosynthese in Nutzpflanzen würde einen Konflikt mit sich bringen: Dürreresistente CAM-Pflanzen würden nur diese Art der Fotosynthese beherrschen und weniger Ertrag liefern.

Superkräfte

Nun haben Forschende von der US-amerikanischen Universität Yale eine Art "Superpflanze" untersucht, die zu beiden Arten der Fotosynthese fähig ist – sie kann sie kombinieren. Das geht mit einer erhöhten Flexibilität gegenüber Umweltbedingungen einher.

Die Forschenden sprechen dabei durchaus ironisch von "Superkräften", handelt es sich doch um ein Kraut mit der Bezeichnung "Portulaca oleracea", kurz Portulak, das in allen gemäßigten Klimazonen weit verbreitet ist. Er kann sogar verkocht werden – als Pesto, Salat oder in Butter gedünstet.

Beide Formen der Fotosynthese gemeinsam

Bisher war in der Wissenschaft die Überzeugung verbreitet, dass die beiden Prozesse unabhängig voneinander in den Blättern des Portulaks ablaufen. Doch wie die Gruppe der Universität Yale nun in einer im Fachjournal "Science Advances" publizierten Arbeit zeigte, sind die beiden Formen der Photosynthese beim Portulak eng miteinander verwoben. Sie nutzen teilweise die gleichen molekularen Stoffwechselwege.

Die durch Analyse der Genexpression in den Blättern gewonnenen Erkenntnisse konnte das Team durch Nachbildung der Vorgänge in Computermodellen bekräftigen.

Unentdeckte Pflanzen

Bis man so weit sei, einer Pflanze wie Mais den Trick des Portulak beizubringen, sei der Weg noch weit, gibt Erica Edwards vom Forschungsteam zu. "Aber wir konnten zeigen, dass die beiden Mechanismen kompatibler sind, als wir glaubten." Sie vermutet außerdem, dass es noch viele andere Pflanzen gibt, die die Supereigenschaften des Portulaks teilen, und nur darauf warten, entdeckt zu werden. (Reinhard Kleindl, 6.8.2022)