Robert Klatt
Sojapflanzen produzieren bei hohen Temperaturen und viel CO₂ trotz Wassermangel mehr Bohnen. Die Nährwerte der Sojabohnen sind aber deutlich geringer. Wenn man die dafür verantwortlichen Gene identifiziert, wäre es möglich, Sojaarten zu entwickeln, die trotz des Klimawandels nahrhafte Bohnen liefern.
São Paulo (Brasilien). Die Wissenschaft hat bereits seit Langem belegt, dass eine höhere CO₂-Konzentration das Pflanzenwachstum fördert, etwa bei Bäumen im Amazonas, die kontinuierlich dicker werden. Es ist zudem bekannt, dass CO₂ den Pflanzen dabei hilft, Dürrephasen besser zu überstehen, weil sich die winzigen Blattöffnungen (Stomata) bei höherer CO₂-Konzentration nicht so weit öffnen müssen, um ausreichend CO₂ für die Photosynthese aufzunehmen, und dadurch weniger Wasser verloren geht.
Höhere CO₂-Konzentrationen führen zudem zu einem positiven „Kohlenstoffdruck“, der die negativen Temperatureffekte teilweise ausgleichen kann. Diese führen normalerweise dazu, dass Pflanzen mehr Energie benötigen und die Photosynthese weniger effizient arbeitet. Dadurch nimmt der Wasserbedarf zu und ab einer bestimmten Temperatur sinken das Wachstum und der Ertrag. Wenn eine ausreichend hohe CO₂-Konzentration existiert, kann die Pflanze jedoch auch bei hohen Temperaturen ausreichend Rohmaterial für die Photosynthese nutzen, dadurch mehr Biomasse aufbauen und den Hitzestress ausgleichen.
Forscher der São Paulo Research Foundation (FAPESP) haben nun eine Studie publiziert, die untersucht hat, wie Sojapflanzen darauf reagieren, wenn sie den drei Belastungsfaktoren parallel ausgesetzt sind. Sie haben die Pflanzen dazu in Freilandkammern positioniert, in denen sie die Temperatur, die Bewässerung und die CO₂-Konzentration gezielt verändern konnten. Die Sojapflanzen sind teilweise unter Extrembedingungen gewachsen, etwa einer doppelt so hohen CO₂-Konzentration.
Die Ergebnisse der zahlreichen Kombinationen haben die Wissenschaftler mit einer Künstlichen Intelligenz (KI) analysiert. Sie konnten so ein Modell erstellen, das Prognosen für die unterschiedlichen Stresskombinationen liefert.
Laut der Analyse haben sich die drei Belastungsfaktoren, nicht wie zuvor erwartet aufgelöst. Die höhere CO₂-Konzentration, die höhere Temperatur und der Wassermangel führen demnach nicht dazu, dass die Pflanzen weniger wachsen, sondern mehr. Wie die Forscher erklären, deutet dies darauf hin, dass höhere Temperaturen und eine erhöhte CO₂-Konzentration die negativen Folgen von Trockenheit teilweise ausgleichen können.
Das Experiment zeigt zudem, dass sich der Stoffwechsel der Sojapflanzen unter Wachstumsbedingungen, die durch den Klimawandel auf der Erde real werden könnten, verändert. Dabei kommt es zu einem vollkommen neuen Stoffwechselmuster, das sich nicht durch die einzelnen Effekte von Hitze, Trockenheit und CO₂ erklären lässt.
Die nichtlinearen Wechselwirkungen führen dazu, dass die Pflanzen deutlich mehr Bohnen produzieren, die aber einen geringeren Nährwert haben. Hochrechnungen zeigen, dass die Erntemengen durch den Klimawandel deutlich zunehmen könnten (+ 50 %), der Kohlenhydratgehalt (- 20 %) und der Eiweißgehalt (- 6 %) aber sinken. Die Energiedichte der Sojabohnen nimmt also ab.
Die Forscher wollen nun eine Studie durchführen, um die Gene zu identifizieren, die für die Reaktionen auf Hitze, Trockenheit und erhöhte CO₂-Werte verantwortlich sind. Diese sollen dann dafür genutzt werden, Soja so zu verändern, dass die Bohnen trotz des Klimawandels ihren Nährwert behalten. Außerdem wollen sie untersuchen, ob ähnliche Effekte auch bei anderen Pflanzen auftreten.
Quellen:
Studie im Fachmagazin Food Research International, doi: 10.1016/j.foodres.2026.119004