Wer den Film Avatar gesehen hat, kennt die fantastische Ästhetik, die von biolumineszierenden Pflanzen ausgeht. Wissenschaftler haben lange daran geforscht, wie die in der Natur unter anderem bei Pilzen, Algen und Glühwürmchen vorkommende Biolumineszenz auf Pflanzen übertragen werden kann. Das Startup-Unternehmen Light Bio hat die Verfahren patentiert und möchte jetzt die ersten leuchtenden Zimmerpflanzen auf dem Markt bringen. Die Möglichkeiten für nachhaltiges Licht durch leuchtende Pflanzen und Bäume sind theoretisch endlos und inspirierend. Können sie zukünftig Straßenbeleuchtung und Lampen ersetzen oder führt die Technologie nicht nur zu einer leuchtenden Zukunft?
Für den Film Avatar wurde eine ganze einzigartige Pflanzenwelt erschaffen, wofür die Pflanzenphysiologin Jodie Holt die wissenschaftliche Basis kreierte. Die Pflanzen in dem Film sind mitunter so faszinierend, weil sie bestehende Pflanzen und Tierarten auf neuartige Weise nachahmen. Die für den Film entwickelte imaginäre Pflanzenwelt beruht auf existierende und wissenschaftliche begründete Eigenschaften. So sollte das Leuchten der Pflanzen in der Fantasiewelt Pandora auf lange Dunkelheitsperioden zurückzuführen sein. Das Lichtsignal könnte Bestäuber anlocken, hat hier also eine klare biologische Funktion.
Biolumineszenz: das Leuchten des Glühwürmchens
Was im Film Avatar noch Bestandteil einer botanischen Fantasiewelt ist, könnte bald schon Realität werden. Der Wissenschaftler und Gründer von Light Bio, Keith Wood, erforscht schon sehr lange die Biolumineszenz in Pflanzen. Bereits im Jahr 1985 nutzte er die die Chemie und Molekularbiologie, die für das Leuchten des Glühwürmchens verantwortlich sind, um leuchtende Pflanzen zu erschaffen, indem er die entsprechende DNA einfügte. Seitdem haben verschiedene Wissenschaftler immer weiter geforscht nach den Möglichkeiten der Biolumineszenz. So wurde entdeckt, dass die in einigen Pilzen gefundene Biolumineszenz metabolisch den natürlichen Prozessen ähnlich ist, die bei Pflanzen üblich sind. Durch das Einfügen von aus dem Pilz gewonnener DNA konnten die Wissenschaftler Pflanzen erschaffen, die viel heller leuchten als bisher möglich war.
Biolumineszenz kommt in der Natur bei verschiedensten Organismen vor, wurde aber in der Pflanzenwelt noch nie beobachtet. Leuchtende Quallen und Plankton im Meer, Glühwürmchen oder eben bestimmte Pilzarten. Um die leuchtenden Pflanzen zu kreieren, werden die genetischen Komponenten, die Pilze zum leuchten bringen, in die Pflanzen eingefügt. Das Licht wird auf natürlicher Weise aus dem Inneren der Pflanze erzeugt und die Pflanzen können wie normale Zimmerpflanzen gepflegt werden. Die biolumineszierenden Pflanzen leuchten immer, das Licht wird aber nur gesehen, wenn andere Lichtquellen abwesend sind. Jüngere Pflanzenteile leuchten tendenziell am hellsten und die Blüten sind besonders leuchtend.
Leuchtende Pflanzen und Bäume als Beleuchtung
Die leuchtende Pflanzen die ab 2023 laut Light Bio auf dem Markt gebracht werden sollen, sind womöglich erst der Anfang. Bei einer Weiterentwicklung könnten die Pflanzen womöglich auch die Helligkeit oder Farbe ändern aus Reaktion auf Änderungen in ihrer Umgebung. Die fantastische Vorstellung, eines Tages durch einen Wald zu gehen, wo die Pflanzen und Bäume leuchten während wir an sie vorbei gehen, würde also irgendwann zur Realität werden.
Man könnte sich vorstellen, dass solche leuchtenden Pflanzen in der Zukunft auch eine Rolle dabei spielen, Straßenbeleuchtung oder Gebäudebeleuchtung teilweise zu ersetzen. Die Möglichkeiten von leuchtenden Pflanzen und Bäume könnten eine potentiell sehr nachhaltige und klimapositive Lösung sein, da es keine Rohstoffe oder Energiequellen benötigt werden und für die Lichtproduktion kein CO2 produziert, sondern stattdessen CO2 absorbiert wird. Ethische und ökologische Bedenken und Fragen bei solchen neuartigen biotechnologischen Entwicklungen gibt es allerdings auch: sollten wir die Pflanzenwelt weitgehend so verändern, dass sie uns dienlich ist? Was passiert mit unseren Ökosystemen, wenn wir neuartigen und von Menschen produzierte Pflanzen und Tierarten in die Natur aussetzen?
Bilder: Light Bio
Kritik von Umweltorganisationen an leuchtenden Pflanzen
Vor einigen Jahren haben Biohacker über Crowdfunding Geld für ihr Projekt „Glowing Plant“ gesammelt, um leuchtende Pflanzen für Konsumenten zugänglich zu machen. Dabei mussten sie viel Kritik von Umweltorganisationen kassieren. Eine Kampagne von Gentechnikgegnern und die kanadische Schwesterorganisation der Umweltorganisation BUND hat versucht, die kommerzielle Verbreitung von leuchtenden Pflanzen durch das Startup zu verhindern. Ihre Kritik: das Glowing Plant Project würde wahrscheinlich zu einer weit verbreiteten, zufälligen und unkontrollierten Freisetzung von biotechnologisch hergestelltem Saatgut und Pflanzen führen, die mit Techniken der synthetischen Biologie hergestellt wurden. Das Crowdfunding-Portal Kickstarter entschied daraufhin, keine Projekte mit genmanipulierten Organismen mehr zuzulassen und Glowing Plant kam am Ende auch nie dazu, auch leuchtende Pflanzen tatsächlich auf dem Markt zu bringen.
Biotechnologie gegen den Klimawandel?
Andere Projekte, die mit neuartiger Biotechnologie in der Natur eingreifen wollen, haben oft sowohl begeisterte Befürworter als auch vehemente Kritiker. So arbeitet das Startup Colossal ernsthaft daran, die ausgestorbenen Mammute wiederzubeleben. Da die DNA-Struktur von Mammuts und asiatischen Elefanten sich sehr ähnlich sind, wird das vorhandene Elefanten-DNA genutzt und mit der genetischen Technologie CRISPR/Cas9 leicht angepasst, sodass die Tiere die Eigenschaften und das Aussehen von Mammuts bekommen. Das Startup begründet sein Vorhaben damit, dass die Mammute beim Kampf gegen den Klimawandel helfen könnten, weil sie daran beitragen können, den Permafrost zu erhalten. Es gibt aber auch viele Wissenschaftler und Ökologen, die das Projekt sehr kritisch sehen. Welche Folgen das Aussetzen dieses riesigen, neuartigen Tieres für die Umwelt hat können wir vorab gar nicht wissen.
Neben der Kritik an die experimentelle Methoden und der Einsatz von Gentechnik ist wohl auch grundsätzlich die Kritik, dass das viele Geld für solche Projekte besser aufgehoben wäre, existierende und von Aussterben bedrohte Tier- und Pflanzenarten zu beschützen statt neue Arten zu erschaffen, während die Natur einem massenhaften Artensterben ausgesetzt ist. Eine Natur die es, wie im Film Avatar, wert ist, gerettet und geschützt zu werden.
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