Könnte Dieser Schleimige Mais Eines Der Größten Umweltprobleme Der Erde Beheben?

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Die stickstofffixierung ist ein verfahren, mit dem pflanzen sauerstoff aus der luft gewinnen und in eine nutzbare form umwandeln können.

Es sieht wahrscheinlich nicht wie irgendein Mais aus, den Sie gesehen haben. Bei 16 Metern (5 Meter) steht er etwa doppelt so hoch wie herkömmlicher Mais. Oberhalb des Bodens ragen Luftwurzeln hervor, rote fingerähnliche Erhebungen, die mit Schleim überzogen sind.

Trotz dieses Alien-ähnlichen Gemüses ist diese Maisart, die in der Sierra Mixe-Region von Oaxaca, Mexiko, wo die Einheimischen sie seit langem kultivieren und essen, heimisch ist, aus einem anderen Grund bemerkenswert. Es ist das einzige Getreide, von dem Wissenschaftler wissen, dass es Stickstoff direkt aus der Luft aufnehmen und zum Wachsen nutzen kann.

Stickstoff ist ein wesentlicher Nährstoff, und die Fähigkeit einer großen Kulturpflanze, atmosphärischen Stickstoff zu verwenden, würde die Welt verändern und die Stickstoffbelastung reduzieren, die zu einem der größten Umweltprobleme der Welt geworden ist. [Die Realität des Klimawandels: 10 Mythen gesprengt]

Was ist Stickstoffbindung?

Alle lebenden Organismen brauchen Stickstoff. Es ist zum Beispiel notwendig, um die Proteine ​​aufzubauen, mit denen Organismen funktionieren und wachsen können. Obwohl die Atmosphäre zu 78 Prozent aus Stickstoff besteht, ist sie für Tiere und die meisten Pflanzen unerreichbar. Das liegt daran, dass der Stickstoff in unserer Luft aus zwei fest miteinander verbundenen Stickstoffatomen besteht, und das erfordert viel Energie, um zu brechen, sagte Alan Bennett, Pflanzenbiologe an der University of California, Davis, der bei der Analyse des Stickstoff-fixierenden Mais geholfen hat.

Unter den Kulturen können nur Hülsenfrüchte wie Sojabohnen, Bohnen und Luzerne auf diesen Stickstoff zugreifen - und das nur mit Hilfe von Bakterien. Die Mikroben verwenden ein Enzym, um atmosphärischen Stickstoff in "fixierte" Form umzuwandeln, Verbindungen wie Ammoniak (ein an drei Wasserstoffmoleküle gebundenes Stickstoffmolekül) oder Nitrat (ein an drei Sauerstoffmoleküle gebundener Stickstoff), sagte Bennett.

Die meisten Hauptkulturen wie Mais, Weizen und Reis können nicht, sagt R. Ford Denison, ein Pflanzenökologe an der University of Minnesota.

Warum gibt es Stickstoffverschmutzung?

Da Pflanzen den Stickstoff in der Luft nicht in eine Form umwandeln können, die sie verwenden können, müssen Landwirte festen Stickstoff in Form von Düngemitteln zur Verfügung stellen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelte der deutsche Wissenschaftler Fritz Haber das sogenannte Haber-Bosch-Verfahren zur Umwandlung von Luftstickstoff in Ammoniak - die Grundlage für Kunstdünger, der heute fast die Hälfte der Welt ernährt. "Ohne die Möglichkeit, Kunstdünger herzustellen, könnten wir nicht genügend Nahrungsmittel für die derzeitige Bevölkerung produzieren", sagte Bennett.

Das Problem ist, dass es für Landwirte schwierig ist, den genauen Bedarf an Dünger abzuschätzen, was zu Überbeanspruchung und Verschwendung führt. Etwa 57 Prozent des Stickstoffs in Düngemitteln belasten die Umwelt, sagt Xin Zhang, Umweltwissenschaftler am University of Maryland Center for Environmental Science.

Dieser Zufluss stört den natürlichen Stickstoffkreislauf der Erde. Normalerweise wird Stickstoff wieder in den Boden zurückgeführt. Der Stickstoff in Pflanzen ist zum Beispiel in einer verwertbaren Form. Wenn sie Blätter fallen lassen oder einfach sterben, kehrt der Stickstoff in den Boden zurück, damit andere Pflanzen ihn verwenden können. Tiere bringen auch nutzbaren Stickstoff durch Urin und Kot zurück in den Boden. "Das Wichtigste ist, dass niemand weit entfernt Stickstoff mitgenommen hat", sagte Denison gegenüber WordsSideKick.com.

Wenn Pflanzen auf der ganzen Welt verschifft werden, wird Stickstoff nicht recycelt, was die Landwirte zwingt, sie mit Dünger aufzufüllen.

Was ist die große Sache?

In einer Analyse aus dem Jahr 2009 in der Fachzeitschrift Nature der weltweit größten Umweltprobleme stellten die Forscher fest, dass die Stickstoffbelastung bereits den Punkt überschritten hat, an dem sie verheerende Folgen haben kann. Die einzigen zwei anderen Probleme, bei denen der Planet eine solche Schwelle überschritten hatte, waren laut Analyse der Klimawandel und der Verlust der Biodiversität.

In den USA zum Beispiel gelangt überschüssiger Stickstoff aus Düngemitteln in Flüsse und Wasserwege und fließt in den Golf von Mexiko. Algenschlucht am Stickstoff, die sich als Algenblüte vermehrt. Wenn die Algen sterben, fressen die Bakterien, die die Zersetzung verursachen, den gesamten Sauerstoff im Wasser und bilden so genannte Totzonen, die das Leben im Meer töten. Die National Oceanic and Atmospheric Association schätzte die Totzone im Golf von Mexiko auf eine Fläche von etwa der Größe von New Jersey.

Nitrate können auch bei toxischen Konzentrationen in die Wasserversorgung gelangen. Etwas Stickstoff kann als Distickstoffoxid (zwei an ein Sauerstoffmolekül gebundene Stickstoffmoleküle) in die Luft freigesetzt werden, was die Ozonschicht abbaut und ein Treibhausgas ist, das die globale Erwärmung verursacht, sagte Zhang.

Die Herstellung von Düngemitteln selbst ist auch ein energieintensiver Prozess, bei dem Treibhausgase erzeugt werden. David Zilberman, Agrarökonom an der University of California, Berkeley, erklärt, dass Düngemittel teuer sind.

Mit der Prognose der Vereinigten Staaten, dass sich die Bevölkerung bis 2050 auf etwa 10 Milliarden belaufen wird, wird sich die Nachfrage nach Nahrungsmitteln - und Stickstoff - nur noch verstärken.

Kann dieser schleimige Mais zur Rettung kommen?

Der Schleim auf dem mexikanischen Riesenmix aus Sierra Mixe, den Wissenschaftler in einer neuen Studie beschrieben haben, die am 7. August in PLOS Biology veröffentlicht wurde, ernährt eine Bakteriengemeinschaft, die Stickstoff in der Luft bindet. Obwohl dieser mit Schleim bedeckte Mais einige Wissenschaftler erregt hat, löst er wahrscheinlich nichts auf Anhieb."Dieser Mais ist natürlich sehr produktiv für die Gemeinschaft, in der er angebaut wird, aber er ist nicht direkt auf konventionelle Maissysteme anwendbar", sagte Bennett. Zum einen dauert es acht Monate, um zu reifen - viel länger als drei Monate bei herkömmlichem Mais.

Die Forscher haben gemessen, dass der Mais 29% bis 82% seines eigenen Stickstoffs fixiert hat. Aber diese Menge ist im Vergleich zu dem, was die Landwirte für ihre Felder benötigen, vernachlässigbar, sagte Denison.

Trotzdem könnte das Studium den Forschern dabei helfen, stickstoffbindenden Mais entweder alleine oder mit Hilfe von Bakterien zu konstruieren oder zu züchten, der die Welt ernähren kann. Die Herausforderungen sind jedoch immens, sagte Denison.

Um Stickstoff zu binden, benötigen Bakterien viel Energie, die Sauerstoff benötigt. Aber Sauerstoff baut das Enzym ab, auf das die Mikroben zur Fixierung von Stickstoff angewiesen sind. Leguminosen lösen das Problem, indem sie die Bakterien in Knötchen in den Wurzeln unterbringen, wo die Pflanze kontrollieren kann, wie viel Sauerstoff die Mikroben aufnehmen. Diese Fähigkeit in Mais zu entwickeln oder zu entwickeln, ist eine große Herausforderung. "Ich sehe keine Aussicht dafür in meinem Leben", sagte Denison.

Bennett ist viel mehr sanguine. Biotech-Unternehmen, landwirtschaftliche Unternehmen, Start-ups und sogar die Gates Foundation haben Ressourcen in die Entwicklung von stickstoffbindenden Pflanzen investiert. "Ich bin ziemlich zuversichtlich, dass sich all diese Ansätze innerhalb von fünf oder zehn Jahren in gewisser Weise vereinigen werden", sagte er. "Es ist wahrscheinlich, dass ein erhebliches Maß an Stickstoffbindung in konventionellen Maiskulturen auftritt."

Wenn eine solche Technologie zum Tragen kommt und sie auch für andere Kulturen funktioniert, wäre der Nutzen enorm. Ärmere Landwirte, die sich keinen Dünger leisten können, wie im südlichen Afrika, könnten ihre Erträge um 2,5 bis 7,2 Milliarden Dollar steigern, sagte Zilberman. Im optimistischsten Fall könne die vollständige Übernahme weltweit zu Einsparungen von 17 bis 70 Milliarden US-Dollar führen.

"Diese Technologie wird revolutionär sein", sagte er. "Es ist gut für die Landwirte, es ist gut für die Verbraucher und es ist gut für die Umwelt."

In der Zwischenzeit können Landwirte Strategien einführen, um Düngemittel nur dann zu liefern, wenn dies wirklich notwendig ist. Als Teil der so genannten Präzisionslandwirtschaft würden neue Technologien wie Sensoren und Drohnen Landwirte dabei unterstützen, effizienter zu sein, sagte Zhang.

Ursprünglich veröffentlicht am Live-Wissenschaft.


Videoergänzungsan: 898 The Book Premiere of Supreme Master Ching Hai's The Dogs in My Life, Spanish Edition (Subtitles).




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