Sie sind keine Bauern, aber sie arbeiten überall im Namen der Bauern. Unter ihren weißen Laborkitteln schlägt ihr Herz mit der Mission, die Geheimnisse des Bodens zu lüften – die Arbeit der Bauern ein wenig leichter zu machen, Steigerung der Produktivität jedes Feldes und Reduzierung der kostspieligen Betriebsmittel, die die Gewinne der Landwirte dünn wie ein Draht ausziehen.

„Mit weniger Ressourcen mehr Lebensmittel zu produzieren, mag zu schön erscheinen, um wahr zu sein, Aber die Landwirte der Welt haben Billionen potenzieller Partner, die dazu beitragen können, dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen. Diese Partner sind Mikroben.“

Die American Society of Microbiologists (ASM) hat kürzlich eine Fundgrube ihrer neuesten Forschungen veröffentlicht und ist bestrebt, sie in die Hände von Landwirten zu bringen. in der Erkenntnis, dass Landwirte 70 bis 100 Prozent mehr Nahrungsmittel produzieren müssen, um die prognostizierten 9 Milliarden Menschen zu ernähren, die bis 2050 die Erde bewohnen werden, sie bleiben erfrischend optimistisch in ihrer Arbeit. In der Einleitung zu ihrem neuesten Bericht heißt es:

„Mit weniger Ressourcen mehr Lebensmittel zu produzieren, mag zu schön erscheinen, um wahr zu sein, Aber die Landwirte der Welt haben Billionen potenzieller Partner, die dazu beitragen können, dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen. Diese Partner sind Mikroben.“

Vermischung mit Mikroben

Linda Kinkel vom Department of Plant Pathology der University of Minnesota war eine der Delegierten des ASM-Kolloquiums im Dezember 2012, wo Innovatoren aus Wissenschaft, agribusiness und das USDA verbrachten zwei Tage damit, ihre Forschungen auszutauschen und Lösungen für die dringendsten Probleme in der Landwirtschaft zu diskutieren.

„Wir verstehen nur einen Bruchteil dessen, was Mikroben tun, um das Pflanzenwachstum zu unterstützen. " Sie sagt. „Aber die technische Fähigkeit, die riesige unbekannte Gemeinschaft [von Mikroorganismen] zu kategorisieren, hat sich in den letzten Jahren rapide verbessert.“

Mikrobiologen haben gründlich dokumentierte Fälle, in denen Bakterien, Pilze, Nematoden – sogar Viren – haben eine für beide Seiten vorteilhafte Assoziation mit Nahrungspflanzen gebildet, Verbesserung ihrer Fähigkeit, Nährstoffe aufzunehmen und Trockenheit zu widerstehen, Krankheiten und Schädlinge. Mikroben können Pflanzen in die Lage versetzen, extreme Temperaturschwankungen besser zu tolerieren, salzhaltige Böden und andere Herausforderungen eines sich ändernden Klimas. Es gibt sogar Hinweise darauf, dass Mikroben zu den fein abgestimmten Aromen von Spitzenprodukten beitragen. ein Phänomen, das insbesondere bei Erdbeeren beobachtet wird.

„Aber wir sind erst an der Spitze des Eisbergs, “, sagt Kinkel.

Im Feld

Aussagen wie, „In einem Gramm Boden befinden sich 10 bis 6 Pilzorganismen!“ und, „Dieser bakterielle Biofilm hat enorme Kommunikationseigenschaften!“ sind Pausenraum-Geplänkel unter Mikrobiologen, Aber was bedeutet das alles für die Landwirte? Die Antworten reichen bis in die tausendjährige Vergangenheit der Landwirtschaft zurück, zurück zu den Anfängen des Lebens auf der Erde.

Immer wenn ein Samen in freier Wildbahn keimt oder eine Kultur von einem Bauern gepflanzt wird, die mikrobielle Gemeinschaft, die dieser Spezies hilft, zu wachsen und zu gedeihen, wird mobilisiert. Über die Ausscheidungen der Pflanze gelangen chemische Signale in den Boden und eine Symphonie unterirdischer Aktivitäten beginnt. Genetische Informationen werden ausgetauscht; die verschiedenen mikrobiellen Akteure nehmen ihre Positionen auf den Geweben der Pflanze ein; häufig, eine Mikrobe kolonisiert eine andere, Bereitstellung eines Dienstes, der der ersten Mikrobe hilft, die Pflanze zu unterstützen, in deren Wurzeln sie eingebettet ist.

Obwohl dieser aufwendige Tanz ohne menschliches Zutun stattfindet, wir haben lange daran gebastelt.

Zum Beispiel, der Prozess der Stickstofffixierung in Pflanzen der Familie der Hülsenfrüchte (einschließlich Bohnen, Erbsen, Erdnüsse und viele andere Nutzpflanzen) ist eines der kleinen Bakterienwunder, die unseren Planeten bewohnbar machen. Jeder, der schon einmal die Wurzeln einer Hülsenfrucht beobachtet hat, weiß, dass sie mit seltsamen weißen oder rosa Wucherungen bedeckt sind. über die Größe von Ameisen, die eine Art Infektion zu sein scheinen. Zweifellos, Die alten Bauern hatten ein intuitives Verständnis dafür, dass diese warzigen Ausstülpungen etwas mit der spürbaren Fähigkeit der Hülsenfrüchte zu tun hatten, den Boden zu verbessern, aber erst im späten 19. Jahrhundert begann sich das Geheimnis zu entfalten.

Während Louis Pasteur entdeckte, wie man Milch haltbar macht und als Vater der Mikrobiologie berühmt wurde, ein relativ unbekannter Kollege mit einer Vorliebe für Pflanzen machte eine weitere Entdeckung, von vielleicht noch größerer historischer Bedeutung. Im Jahr 1888, Martinus Beijerinck, entdeckte, dass winzige Bakterien namens Rhizobia die Wurzeln von Hülsenfrüchten infizieren, verursacht die geschwollenen Knötchen. Anstatt eine Infektion, die die Pflanze schwächt, die Knollen sind die Düngemittelfabriken des Pflanzenreichs, den atmosphärischen Stickstoff – den Pflanzen nicht nutzen können – zerlegen und in einen löslichen, pflanzenfreundliche Form.

Rhizobien sind wichtige Bestandteile des Grüns der Erde und die Nutzung der Bakterien zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit ist seit langem einer der Eckpfeiler einer nachhaltigen Landwirtschaft. Noch, modernen Mikrobiologen sind sich mittlerweile zahlreiche andere ebenso tiefgreifende Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroben bewusst. Entdeckungen, von denen sie glauben, dass sie einen großen Einfluss haben werden, während die menschliche Bevölkerung auf einem Planeten mit endlichen Ressourcen weiter ansteigt.

Die Übersetzung erstellen

In ihrem Labor an der Universität Kinkel experimentiert mit antibiotischen Bakterien, die Pflanzenpathogene unterdrücken, und testet verschiedene Bodenmanagementstrategien, um ihre Auswirkungen auf mikrobielle Gemeinschaften zu sehen. In Kolumbien, Mikrobiologen haben gelernt, einen Pilz zu vermehren, der Maniokpflanzen besiedelt und die Erträge um bis zu 20 Prozent steigert. Es ist Hyphen – die winzigen Tentakel von Pilzen – reichen weit über die Wurzeln des Manioks hinaus, um Phosphor freizusetzen, Stickstoff und Schwefel im Boden und saugen ihn zu ihrem Wirt zurück, wie eine IV Flüssigdünger.

In Kolumbien, Mikrobiologen haben gelernt, einen Pilz zu vermehren, der Maniokpflanzen besiedelt und die Erträge um bis zu 20 Prozent steigert

Obwohl Mikrobiologen den Boden zwingen können, in ihren Labors und Testparzellen außergewöhnliches Pflanzenwachstum zu erzeugen, Die Übertragung der Ergebnisse auf die landwirtschaftliche Alltagspraxis ist kein einfacher Prozess.

„Verbindungen zu Landwirten sind ein schwaches Glied, “ Kinkel beklagt, in Anspielung auf einen „Schlangenöleffekt“, bei dem Landwirte misstrauisch gegenüber Verkäufern geworden sind, die mikrobielle Wachstumsförderer verkaufen, die auf dem Feld nicht funktionieren. „Die Herausforderung [dieser] Impfmittel, " Sie sagt, „ist, dass sie möglicherweise nicht in allen Umgebungen übersetzen.“

Obwohl Forscher weiterhin vielversprechende neue mikrobielle Cocktails entwickeln, Der Fokus liegt zunehmend darauf, Landwirte zu einem besseren Umgang mit den bereits in ihrem Boden lebenden Populationen zu führen. Kinkel arbeitet an einem Ansatz, der ihrer Meinung nach Landwirten dabei helfen wird, optimale mikrobielle Gemeinschaften zu erhalten, indem sichergestellt wird, dass sie jederzeit über die benötigte Nahrung – Kohlenstoff – verfügen. Sie nennt es „Slow-Release-Carbon“. Aber es ist nichts, was Landwirte in absehbarer Zeit in Angebotskatalogen sehen werden. Kinkel sagt, sie habe Zugang zu Ressourcen für ihre akademische Forschung, aber es fehlt eine „bewusste Pipeline für die Produktentwicklung“.

Es braucht ein globales Dorf

Die 26 Experten aus aller Welt, die zum ASM-Kolloquium einberufen wurden, schlossen ihre Diskussionen mit einem kühnen Ziel für die Zukunft der Landwirtschaft:Sie haben sich selbst herausgefordert, die globale Nahrungsmittelproduktion um 20 Prozent zu steigern und Düngemittel und Pestizide um 20 Prozent zu reduzieren Nutzung in den nächsten 20 Jahren.

In dem unbeugsamen Glauben, dass die Wissenschaft ihren Teil dazu beitragen wird, diesen Traum zu verwirklichen, Die Wissenschaftler wenden sich an ihre Kollegen aus Unternehmen und Aufsichtsbehörden, um eine Informationspipeline für Landwirte aufzubauen. Sie hoffen, dass Top-Down-Investitionen in Forschung und Technologie direkt auf grundlegende Veränderungen in der Kultur der Landwirtschaft treffen – ohne all die Interessen der Schlangenölverkäufer der Agrarindustrie dazwischen. Letzten Endes, sie stellen sich eine Zukunft vor, in der Landwirte wieder auf die unsichtbaren Kräfte des Bodens vertrauen – statt auf den Düngerschuppen – um Antworten auf ihre Herausforderungen zu erhalten.