Wissenschaftler der Michigan State University haben eine alarmierende Entdeckung gemacht: Ein Prozess in Pflanzen, der lange als reine Energieverschwendung galt, ist in Wirklichkeit ein entscheidender Produzent für Folsäure (Vitamin B9) – ein lebenswichtiges Vitamin, das insbesondere für Schwangere von großer Bedeutung ist. Die bahnbrechende Studie, veröffentlicht im renommierten Fachjournal „Nature Plants“, zeigt jedoch auch eine düstere Kehrseite: Der Klimawandel und die damit steigenden CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre könnten diesen Prozess untergraben und unsere Nutzpflanzen deutlich weniger nahrhaft machen.
Pflanzen sind wahre Meister der Effizienz. Mit Hilfe von Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid (CO2) produzieren sie in der Photosynthese die Energie, die sie zum Leben brauchen. Doch manchmal unterläuft dem zentralen Enzym dieses Prozesses, der sogenannten Rubisco, ein Fehler. Statt CO2 greift es versehentlich Sauerstoff, was zu einem toxischen Nebenprodukt führt und die Energieproduktion blockiert. Um diesen Fehler zu korrigieren, haben Pflanzen einen aufwendigen Recycling-Prozess entwickelt: die Photorespiration. Lange Zeit wurde dieser Prozess von Wissenschaftlern als ineffizient und verschwenderisch angesehen.
Doch das Team um den MSU-Forscher Berkley Walker hat nun erstmals nachgewiesen, dass die Photorespiration eine entscheidende Rolle bei der Produktion von Folsäure spielt. Ihre Messungen an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana ergaben, dass etwa 6 Prozent des von der Pflanze aufgenommenen Kohlenstoffs direkt in die Herstellung dieses wichtigen Vitamins fließen. Folsäure ist für die Zellteilung und das Wachstum unerlässlich und bekannt dafür, dass sie während der Schwangerschaft das Risiko von schweren Geburtsfehlern des zentralen Nervensystems (Neuralrohrdefekten) beim ungeborenen Kind deutlich senken kann.
Die schockierende Erkenntnis der Studie: Wenn die Photorespiration unterdrückt wird – was bei höheren CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre der Fall ist – bricht die Folsäureproduktion dramatisch ein. Der Kohlenstofffluss in die Vitamin-B9-Herstellung sinkt um das Fünffache auf nur noch etwa 1 Prozent. Das bedeutet, dass unsere Nutzpflanzen in einer Welt mit höheren CO2-Werten deutlich weniger von diesem lebenswichtigen Nährstoff enthalten könnten.
„In Kulturen, in denen der Großteil der Kalorien aus Reis stammt, ist es eine ziemlich große Sache, wenn dieser Reis weniger nahrhaft ist“, warnt Walker. „Die Art und Weise, wie Pflanzen auf den Klimawandel reagieren, ist kompliziert. Zu verstehen, wie sie sich anpassen könnten, hilft uns, besser für die Zukunft zu planen.“
Die neuen Erkenntnisse sind ein Weckruf. Sie zeigen nicht nur eine bisher unbekannte, positive Seite eines vermeintlich verschwenderischen Prozesses, sondern verdeutlichen auch die komplexen und oft unerwarteten Folgen des Klimawandels für unsere Ernährungssicherheit. Die Forschung liefert nun aber auch die Grundlage, um durch gezielte Züchtung oder gentechnische Verfahren Pflanzen zu entwickeln, die auch in Zukunft ausreichend Folsäure produzieren können. „Wir brauchen dieses Wissen über Pflanzen, um sie für die Zukunft zu gestalten“, so Walker. „Ohne diese Grundlage werden wir nie zur Anwendung kommen.“
Wissenschaftliche Besonderheiten:
- Quantifizierung des Kohlenstoffflusses: Erstmals wurde gemessen, dass unter normalen Bedingungen 6% des von der Pflanze fixierten Kohlenstoffs in die Folsäure-Synthese fließen.
- CO2-Abhängigkeit: Die Studie belegt, dass die Folsäureproduktion direkt von der Rate der Photorespiration abhängt, die bei steigenden CO2-Werten sinkt.
- Rubisco-Fehlfunktion als Auslöser: Der „Fehler“ des Rubisco-Enzyms, Sauerstoff statt CO2 zu binden, ist der Ausgangspunkt für den lebenswichtigen Prozess der Folsäure-Produktion.
- Metabolische Umleitung: Die Photorespiration ist kein reiner Recycling-Weg, sondern ein aktiver Stoffwechselweg, der wichtige Verbindungen für die Zelle bereitstellt.
- Modellpflanze Arabidopsis: Die Ergebnisse wurden an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) gewonnen, einer der wichtigsten Modellorganismen in der Pflanzengenetik.
Kurioses & Spannendes zum Thema:
- Der Begriff „Photorespiration“ (Lichtatmung) wurde geprägt, weil der Prozess lichtabhängig ist und dabei, ähnlich wie bei der normalen Atmung, Sauerstoff verbraucht und CO2 freigesetzt wird.
- Folsäure gehört zur Gruppe der B-Vitamine und wurde erstmals aus Spinatblättern isoliert – daher der Name, der sich vom lateinischen Wort „folium“ für Blatt ableitet.
- Das Enzym Rubisco ist das häufigste Protein auf der Erde. Seine Ineffizienz, also die Verwechslung von CO2 und Sauerstoff, ist ein evolutionäres Erbe aus einer Zeit, als die Erdatmosphäre viel weniger Sauerstoff enthielt.
- Einige Pflanzen, sogenannte C4-Pflanzen (z.B. Mais, Zuckerrohr), haben einen Mechanismus entwickelt, um die Photorespiration zu minimieren, indem sie CO2 in ihren Zellen anreichern.
Zusammenfassung:
Eine neue Studie der Michigan State University hat gezeigt, dass der lange als verschwenderisch angesehene Prozess der Photorespiration in Pflanzen entscheidend für die Produktion von Folsäure (Vitamin B9) ist. Forscher fanden heraus, dass bei normalen Bedingungen etwa 6% des aufgenommenen Kohlenstoffs in die Herstellung des wichtigen Schwangerschaftsvitamins fließen. Alarmierend ist jedoch, dass dieser Wert bei steigenden CO2-Konzentrationen, wie sie durch den Klimawandel verursacht werden, auf ein Fünftel sinkt. Dies könnte dazu führen, dass Grundnahrungsmittel wie Reis weniger nahrhaft werden, was die globale Ernährungssicherheit gefährdet. Die Erkenntnisse bieten jedoch auch neue Ansätze für die Züchtung von Pflanzen mit verbessertem Nährwert.
Namen und Quellen:
Michigan State University (MSU) News, 3. September 2025
Autorin: Bethany Mauger
Hauptforscher: Berkley Walker
Veröffentlicht in: Nature Plants Journal
Fachbegriffe erklärt:
Photorespiration: Ein Stoffwechselweg in Pflanzen, der bei der Photosynthese auftritt, wenn das Enzym Rubisco Sauerstoff anstelle von Kohlendioxid bindet. Er gilt als energieverbrauchend.
Folsäure (Vitamin B9): Ein wasserlösliches Vitamin, das für viele Stoffwechselprozesse, insbesondere für die Zellteilung und das Wachstum, unerlässlich ist.
Rubisco: Das Enzym Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase/-oxygenase, das den ersten Schritt der Kohlenstofffixierung in der Photosynthese katalysiert. Es ist das häufigste Enzym der Welt.
Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand): Eine kleine, unscheinbare Pflanze, die aufgrund ihres kleinen Genoms und kurzen Lebenszyklus als wichtiger Modellorganismus in der Biologie und Genetik dient.
Massenspektrometrie: Ein analytisches Verfahren zur Messung der Masse von Atomen und Molekülen, das hier zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Pflanzenblätter verwendet wurde.
