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Während sie durch das Meer aus grünen, gelben und orangefarbenen Blättern eines Kastanienbaumgartens geht und sorgfältig Kastaniengrate von den Bäumen sammelt, ist sich Sara Fitzsimmons, Direktorin für Restaurierung der American Chestnut Foundation, bewusst, dass sie nicht in der Nähe sein wird, um das zu sehen volle Früchte ihrer Arbeit. Dafür ist der Lebenszyklus eines Baumes viel zu lang.
Seit fast zwei Jahrzehnten arbeitet Fitzsimmons daran, die Amerikanische Kastanie (Castanea dentata) wiederzubeleben , eine grundlegende Art, die einst die östlichen Wälder der Vereinigten Staaten und das südliche Ontario, Kanada, beherrschte. Aber vor mehr als einem Jahrhundert waren die Bäume Kastanienfäule ausgesetzt, einem invasiven Krankheitserreger, der versehentlich durch importierte asiatische Baumarten eingeführt wurde, die hauptsächlich für Zierpflanzen und in Obstgärten verwendet wurden. Amerikanische Kastanienbäume, die anfällig für die Pilzkrankheit sind, wurden von der Fäule verwüstet und hinterließen Wälder voller umgestürzter Bäume oder Stängel mit kahlen, toten Ästen. Jetzt bleiben 84 Prozent der Kastanienbäume in Amerika klein und können keine Früchte tragen.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt gab es irgendwo zwischen drei und fünf Milliarden amerikanische Kastanienbäume. Heute leben höchstens noch 435 Millionen. Organisationen wie die American Chestnut Foundation arbeiten daran, einen neuen, fäuleresistenten Kastanienbaum zu entwickeln, um die Population wieder einzuführen und wiederzubeleben. Die Zeitleiste? „Wir werden zwischen 150 und 200 Jahre brauchen, um mit Millionen von Setzlingen in der Landschaft eine ökologische Wirkung zu erzielen“, sagt Fitzsimmons.
Vor der Fäulnis waren amerikanische Kastanienbäume nicht nur für das Ökosystem wichtig, sondern auch für die Menschen und ihre Lebensweise. Als Kastanienbäume im Überfluss vorhanden waren, konnten sich die Bauern auf ihre Nüsse als Nahrungsquelle für ihre Schweine oder Puten verlassen. Sie suchten auch oft nach den Nüssen, um sie als ihre eigene Nahrung zu essen oder sogar mit ihnen zu handeln. Das Holz der Bäume erwies sich als robust für Gebäudestrukturen und wurde für Schindeln, Balken und Fußböden in Häusern sowie für Eisenbahnschwellen und Telegrafen- oder Telefonmasten verwendet.
„Das Holz war sehr fäulnisbeständig, wir hatten viele Verwendungsmöglichkeiten dafür. Es ist sehr gut bei der Kohlenstoffbindung, was in diesen Tagen mit dem Klimawandel wichtig ist. Es ist ein wirklich schöner Lebensraum für Wildtiere. Früher haben die Menschen zu dieser Jahreszeit Kastanien geerntet“, sagt William Powell, Direktor des American Chestnut Research and Restoration Project am College of Environmental Science and Forestry (SUNY-ESF) der State University of New York.
Reife Kastanien. Foto von karnavalfoto, Shutterstock.
Und natürlich waren sie gut zum Braten. „Du hörst dieses Lied, ‚Kastanien, die [auf] einem offenen Feuer rösten‘“, sagt Powell und bezieht sich auf das klassische Weihnachtslied, das 1945 von Robert Wells und Mel Tormé geschrieben wurde. „Das sind amerikanische Kastanien. Das war also alles verloren.“
Die Straßen der Stadt waren einst von Karren gesäumt, die den süßen, gerösteten Festtagsgenuss servierten. Obwohl die Verbindung von Kastanien mit den Feiertagen bis ins Europa des 16. Jahrhunderts zurückverfolgt werden kann, waren in Nordamerika angebaute Kastanien dafür bekannt, dass sie einen reichhaltigeren, süßeren Geschmack hatten und sich besonders als warme Leckerei in den Wintermonaten eigneten. Das änderte sich alles, als die Fäulnis die Zahl der amerikanischen Kastanien auf fast nichts verringerte. Jetzt ist jede Kastanie, die über offenem Feuer geröstet wird, wahrscheinlich eine importierte, da die USA für weniger als ein Prozent der gesamten Weltproduktion der Ernte verantwortlich sind.
Trotz des massiven Verlusts sind Kastanienbäume nicht technisch ausgestorben. Tatsächlich stehen sie nicht einmal auf einer gefährdeten Liste. Der Knollenfäulepilz kann die Wurzelsysteme der Bäume aufgrund von Mikroorganismen im Boden, die als Schutzmittel wirken, nicht angreifen. Dies führt zu einer einzigartigen Fähigkeit der amerikanischen Kastanie, an den Wurzeln zu überleben.
Aber die heutige Version eines Kastanienbaums verblasst im Vergleich zu den hoch aufragenden Vorfahren der Bäume, die früher 80 bis 100 Fuß hoch wurden und einen Stammdurchmesser von etwa 10 Fuß hatten. „Das Problem ist, dass 84 Prozent von ihnen auf Brusthöhe nur einen Zoll Durchmesser haben“, sagt Fitzsimmons. „Und sie sind nur etwa 15 Fuß groß. Sie dienen nicht den Diensten und Ökosystemen, die die Art leisten sollte. Wir nennen sie also funktional ausgestorben.“
Ein Mann wird von einer großen überlebenden amerikanischen Kastanie in Kentucky in den Schatten gestellt. Foto mit freundlicher Genehmigung der American Chestnut Foundation.
Bei ihrer Mission, die amerikanische Kastanie durch die Schaffung eines fäuleresistenten Baums wiederherzustellen, verwendet die Stiftung ein System, das Züchtungstechniken und Biotechnologie umfasst. Eine Methode, die von der American Chestnut Foundation verwendet wird, ist als Rückkreuzungszüchtung bekannt. Bei dieser Methode wählen Wissenschaftler wünschenswerte Merkmale aus und verschieben sie von einer Sorte zur anderen. Ziel ist es, die Resistenzgene gegen Fäulnis aus einer anderen Art zu isolieren und sie in die genetische Ausstattung amerikanischer Kastanienbäume einzubauen. Leila Pinchot, eine Forschungsökologin des US Forest Service, die sich auf die Wiedereinführung von Kastanienbäumen in den Wald spezialisiert hat, erklärt die Rückkreuzungszüchtung als „Ansatz, um die Resistenzgene der chinesischen Kastanie in die amerikanische Kastanie zu integrieren, denn was wir wollen, ist ein Baum, der aussieht und verhält sich amerikanisch.“
Pinchot erklärt, dass sich diese Methode, wie die Forschung des Genetikers Jared Westbrook für die American Chestnut Foundation gezeigt hat, im Fall der Kastanie als nicht die Lösung herausgestellt hat. Das Ziel der Rückkreuzung besteht darin, zwei oder drei Gene zu isolieren, aber im Fall der Kastanie „gibt es so viele Resistenzgene in der chinesischen Kastanie, dass es einfach nicht machbar ist, diese mit der amerikanischen Kastanie zu kombinieren und einen Baum zu produzieren das ist größtenteils amerikanisch, enthält aber immer noch die Gene für chinesische Systeme“, sagt Pinchot. Trotzdem haben die rückgekreuzten Bäume eine höhere Fäulnistoleranz als ein wilder Baum und werden vorerst immer noch in Wäldern gepflanzt, um den Baumbestand zu ergänzen.
Die Rückkreuzung ist nicht die einzige Hoffnung des Baumes. In Powells Labor am SUNY-ESF verwendete er kürzlich Gentechnik, um einen fäuleresistenten Baum zu entwickeln, indem er einen einzelnen Weizen-DNA-Strang mit der DNA der amerikanischen Kastanie kombinierte. Powell, der seit mehr als 30 Jahren an dem Projekt arbeitet, isolierte ein Gen aus Weizen und zielte auf seine Fähigkeit ab, mit dem Fäulnispilz fertig zu werden. „Das Schöne an diesem Gen ist, dass es dem Angriff des Pilzes auf den Baum entgegenwirkt“, sagt er.
Powell erklärt, dass, wenn ein Baum von Fäule befallen wird, Säuren und Enzyme produziert werden, die in diesen Säuren wirken. Die Hauptsäure, die es produziert, bekannt als Oxalsäure, ist ein Toxin, das die Pflanzenzellen abtötet. Der Pilz ernährt sich dann von diesen toten Zellen und bildet eine Struktur namens Krebs, die schließlich einen Baum umgibt und alles über dem Infektionspunkt tötet. „Dieses [Weizen]-Gen wird tatsächlich ein Enzym produzieren, das diese Säure entgiftet. Es zerlegt es in Wasserstoffperoxid und Kohlendioxid, zwei Dinge, die die Pflanze ohnehin verwendet“, sagt Powell. „Im Grunde genommen nehmen wir dem Pilz also die Waffe weg.“ Die gentechnisch veränderten oder transgenen Bäume sind als Darling 58 bekannt und die ersten ihrer Art. Und während die neuen Bäume immer noch mit der gleichen Kastanienfäule infiziert werden können, die ihre Cousins vor mehr als einem Jahrhundert getötet hat – und möglicherweise sogar leicht beschädigt werden – wird der Baum überleben.
Pflanzen von transgenen Setzlingen auf einer Obstplantage in New York. Foto mit freundlicher Genehmigung der American Chestnut Foundation.
Aufgrund des Status von Darling 58 als gentechnisch veränderte Pflanze ist der nächste Schritt, um die Bäume in Wälder zu bringen, ein strenger Regulierungsprozess durch das USDA, die EPA und die FDA. SUNY-ESF reichte 2020 eine Petition beim USDA ein, um die Bäume zu deregulieren, um sie in freier Wildbahn zu pflanzen. Powell hofft, dass dieser Prozess irgendwann im Jahr 2023 abgeschlossen sein wird. Inzwischen werden mehr als 2.000 der Darlings auf streng regulierten Feldern gepflanzt, denen es verboten ist, zu blühen oder Pollen in die Wildnis zu verbreiten. Während sie auf Vorschriften warten, die zum Pflanzen von Bäumen in Wäldern erforderlich sind, arbeiten Powells Labor und die American Chestnut Foundation daran, die Darling-Bäume mit Wildkastanien-DNA zu kreuzen, in der Hoffnung, stärkere Bäume zu schaffen, die im ganzen Land wachsen werden.
Auf diese Weise sind wilde Kastanienbäume trotz ihres funktionell ausgestorbenen Status von entscheidender Bedeutung für den Prozess der Wiederherstellung der amerikanischen Kastanie. Die wilden Bäume, die in Regionen mit sehr unterschiedlichen Klimazonen – von Georgia bis nach Südkanada – weit verbreitet sind, haben eine anpassungsfähige Vielfalt, die es ihnen ermöglicht, in ihren Ökosystemen zu gedeihen. „Darling 58 ist ein Klon. Wir können die amerikanische Kastanie oder irgendeine Art nicht mit einem Klon wiederherstellen“, sagt Fitzsimmons. „Der Baum wäre nicht in der Lage, in allen Arten von Umgebungen zu bestehen. Angenommen, ich nehme einen Kastanienbaum aus Alabama und versuche, ihn in Maine zu pflanzen, würde dieser Baum zumindest in diesem Moment nicht überleben. Ohne adaptive Kältetoleranz wäre die Kastanie in einer kalten Region nicht lebensfähig. Die Kreuzung der Darling 58-Bäume mit wilden Kastanienbäumen ermöglicht die Vielfalt, die die Arten benötigen, um sich landesweit zu verjüngen.
Die Stiftung verlässt sich auf leidenschaftliche Einzelpersonen oder Bürgerwissenschaftler, um wildes amerikanisches Kastanienmaterial zu finden, das sie in den Zucht- und Biotech-Programmen verwenden können.
Und für die nächsten Schritte im Wiederherstellungsprozess, wenn es an der Zeit ist, mit der Einführung von fäuleresistenten Bäumen in die amerikanischen Wälder zu beginnen, wird der Prozess nicht einfacher sein, als den neuen Baum zu entwickeln. Pinchot weist auf potenzielle ökologische Herausforderungen in den nächsten Schritten zur Wiederbelebung der Art hin. „Wir müssen wissen, wie viel Licht die Bäume zum Wachsen benötigen und welche Arten von Behandlungen für Kastanien geeignet sind, um ihr Wachstum zu fördern, ohne wiederum anderen Arten einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen. Darin liegen wirklich meine Forschungsinteressen“, sagt sie. Logistische Herausforderungen wie das Aufziehen von genügend Setzlingen in Baumschulen und deren erfolgreiche Übertragung in die Wälder stehen ebenfalls im Vordergrund. Ebenso wie Freiwillige, die vor Ort sind und die dazu beitragen werden, dass Millionen von Bäumen gepflanzt werden.
„Es wird viele Leute brauchen, viel Geld, viel Energie, viel Zeit. Weißt du, mit Bäumen macht es die Natur viel besser. Aber die Natur kann das nicht alleine schaffen, und wir müssen ihr viel helfen“, sagt Fitzsimmons. „Es ist wirklich poetisch, dass ich helfe, an einem Projekt zu arbeiten, das meine Vorfahren vor 100 Jahren begonnen haben und das meine Nachkommen weitere 100 Jahre und mehr brauchen werden, um es fertigzustellen. Ich finde, das hat etwas wirklich Cooles.“
