Die Entwicklung der Landwirtschaft war für den Aufstieg der Zivilisation von wesentlicher Bedeutung. Aber im 21. Jahrhundert ist der ständig wachsende Bedarf der wachsenden Bevölkerung der Erde an Nahrungsmitteln einer der Faktoren, die die Umwelt unseres Planeten in Gefahr gebracht haben. Die Landwirtschaft verursacht fast ein Viertel der menschlichen Emissionen, die die Atmosphäre erwärmen, und die Hälfte davon stammt aus dem Pflügen des Bodens für den Anbau von Pflanzen wie Weizen, Mais und Sojabohnen, die Kohlendioxid und die stärkeren Treibhausgase Methan und Methan freisetzen Lachgas, letzteres ein Nebenprodukt der Düngemittelverwendung.
Aus diesem Grund haben Forscher daran gearbeitet, die schädlichen Umweltauswirkungen der Landwirtschaft zu verringern. Eine vielversprechende Innovation ist ein Getreide mit dem Markennamen Kernza , das einen süßen, nussigen Geschmack hat und zu Mehl für Brot, Frühstücksflocken und andere Lebensmittel sowie als Zutat für Produkte von Bier bis Eis verarbeitet werden kann. Im Gegensatz zu einigen bekannteren Körnern ist Kernza ein mehrjähriges Getreide, das aus Pflanzen hergestellt wird, die nicht jedes Jahr neu gepflanzt werden müssen, sodass keine jährliche Bodenbearbeitung erforderlich ist.
Darüber hinaus verfügt Kernza über ein tiefes Wurzelsystem, das über 3 Meter in den Boden hineinreicht und dazu beitragen kann, atmosphärischen Kohlenstoff zu binden oder einzufangen. Und dieses Wurzelsystem könnte es möglicherweise auch widerstandsfähiger gegen die Auswirkungen der Dürre im Zusammenhang mit dem Klimawandel in einigen Gebieten machen. Nach Getreide geerntet wird, mit Kernza gepflanzt Felder können auch verwendet werden für Nahrungssuche durch Vieh.
Die Rolle des Landinstituts
Kernza wurde vom Land Institute entwickelt, einer 1976 in Salina, Kansas, ansässigen Organisation. Mitbegründer Wes Jackson "hatte diese Offenbarung", erklärt Rachel Stroer , Chief Strategy Officer des Instituts. Jackson erkannte, dass das große Problem der modernen Landwirtschaft darin bestand, dass sie den Boden abnutzte, indem sie sich auf die Monokultur konzentrierte - eine einzelne Ernte in einem bestimmten Gebiet anbaute - und sich auf jährliche Ernten stützte.
"Wir verwenden seit Beginn der Landwirtschaft vor 10.000 Jahren jährliche Ernten, das ist also nicht neu", sagt Stroer. Aber als diese Praxis auf modernen Farmen zunahm, wurden ihre zerstörerischen Nachteile immer deutlicher in Form von Erosion, abgenutztem Boden, der zunehmende Mengen an Dünger und verschmutztem Grundwasser erforderte.
Laut Stroer sah Jackson die Entwicklung von mehrjährigen Körnern als Ersatz für jährliche Körner als einen wesentlichen Teil der Lösung dieser Probleme an.
"Angesichts der Tatsache, dass Getreide über 70 Prozent unseres weltweiten Kalorienverbrauchs und über 70 Prozent unserer weltweiten Anbauflächen ausmacht, ist der Übergang von einem extraktiven Jahresmodell zu einem mehrjährigen Modell die beste Chance, eine wirklich regenerative Lebensmittelzukunft zu schaffen", so The Die Website des Land Institute erklärt .
Die Herausforderung bei der Entwicklung einer neuen Nahrungspflanze
Die Entwicklung neuer Nahrungspflanzen ist eine schwierige und zeitintensive Herausforderung. Bereits 1983 identifizierten Wissenschaftler des Rodale Institute , einer anderen Forschungsorganisation, eine Pflanze namens intermediäres Weizengras (wissenschaftlicher Name Thinopyrum intermedium ), eine mit Weizen verwandte Art, als vielversprechenden Kandidaten, der zu einem mehrjährigen Getreide entwickelt werden könnte. Sie arbeiteten mit Forschern des US-Landwirtschaftsministeriums zusammen, um die Pflanze zu züchten und ihre Fruchtbarkeit und Samengröße zu verbessern.
Im Jahr 2003 begann das Land Institute mit der Entwicklung von Weizengras-Zwischenprodukten. Unter der Leitung des leitenden Wissenschaftlers Lee DeHaan hat das Institut jahrelang die Pflanze gezüchtet, um Kernza, den eingetragenen Handelsnamen für ihre Sorte, zu entwickeln. ( Weitere Informationen zu Kernzas Entstehungsgeschichte finden Sie auf der Website des Instituts.)
In gewisser Weise hat sich der Prozess der Entwicklung einer neuen Ernte seit prähistorischen Zeiten nicht wesentlich geändert. Grundsätzlich geht es darum, Generation für Generation eine Pflanze zu züchten, um die gewünschten Eigenschaften zu fördern, die Sie suchen. "Sie kreuzen zwei Eltern, pflanzen die Babys und sehen, wie sie aussehen", sagt Stroer. "Die mit den größten Samen behalten Sie. Und das tun Sie Jahr für Jahr."
Pflanzenzüchter haben jedoch einige Werkzeuge, die den Alten fehlten. Sie haben einen Prozess namens molekulare Züchtung angewendet , bei dem sie mithilfe der genetischen Analyse die Merkmale der Pflanze bestimmen, noch bevor sie ihre volle Größe erreicht, um Pflanzen mit dem größten Zuchtpotential zu erkennen.
"Wir haben 10.000 Jahre und eine intensivierte 200-jährige moderne Züchtung gebraucht, um die Ernten zu erhalten, die wir heute haben", sagt Stroer. Im Vergleich dazu: "Es dauert 20, um Kernza dahin zu bringen, wo es ist. Es könnte weitere 20 dauern, bis es mit den Jahrbüchern im Maßstab konkurriert."
In dem Bestreben, Kernza zu einer wirtschaftlich rentablen Ernte zu machen, liegt jedoch noch viel Arbeit vor uns. Laut Stroer arbeiten die Forscher nun daran, die Größe und Anzahl der von jeder Kernza-Pflanze produzierten Samen zu erhöhen und die Höhe der Pflanzen zu erhöhen.
Die Ernte-Herausforderung
Ein Nachteil von Kernza ist, dass es sich im Gegensatz zu herkömmlichem Weizen noch nicht zum freien Dreschen eignet, bei dem sich das essbare Getreide leicht von der Pflanze löst, sondern stattdessen einen weiteren Schritt namens Schälen erfordert, um die Haut des Samens zu entfernen, bevor es kann nach Stroer in Mehl verwandelt werden.
"Das Ernten von Kernza-Getreide kann auch schwieriger sein als einjähriges Getreide wie Weizen, da Kernza-Stängel nach der Reifung des Getreides grün bleiben, während Weizenstängel vollständig altern (oder alt werden und verdorren) und Mähdrescher leichter passieren", sagt Matt Ryan, ein Associate Professor für Boden- und Pflanzenwissenschaften an der Cornell University und Co-Autor dieses Bioscience-Artikels 2018 über Kernza-Anbaumethoden per E-Mail.
Neben der Züchtung von Kernza, um es künftig für das freie Dreschen geeignet zu machen, arbeiten Wissenschaftler daran, dass der Ertrag der Kernza-Farmen dem entspricht, was sie auf ihren Forschungsflächen erreichen konnten. Zu diesem Zweck sammeln sie Daten von Landwirten, um herauszufinden, wie die Kernza-Ernte zeitlich festgelegt werden kann, welche Einstellungen für Mähdrescher optimal sind und andere Faktoren, die die Felder produktiver machen könnten. Kernza wird bereits auf 819 Hektar in 15 Bundesstaaten angebaut , und mehr als 100 Landwirte und 53 verschiedene Forschungspartner aus verschiedenen Institutionen arbeiten daran.
Die Forscher arbeiten auch mit Bäckern, Köchen, Brauern und Brennereien zusammen, um Produkte zu entwickeln, die Kernza verwenden, um einen zukünftigen Markt dafür zu schaffen. Ein Produkt, das bereits auf dem Markt ist, ist Long Root Pale Ale , dessen Hersteller Patagonia Provisions die Umweltverträglichkeit von Kernza in seiner Vermarktung zitiert.
"Ich arbeite seit 10 Jahren mit Kernza zusammen und es war ein lustiges Abenteuer", sagt Steve Culman , Assistenzprofessor an der Schule für Umwelt und natürliche Ressourcen an der Ohio State University und einer von Ryans Co-Autoren, per E-Mail. "Ich denke, eines der Dinge, die ich wirklich zu schätzen gelernt habe, ist, dass die erfolgreiche Domestizierung und Entwicklung einer neuen Ernte mehr Arbeit erfordert, als jeder wirklich zu schätzen weiß. Es ist eine große Zusammenarbeit, bei der wirklich viele Menschen zusammenarbeiten müssen - Wissenschaftler von vielen Disziplinen, Akteure der Lebensmittelkette und ein Verbrauchermarkt, der bereit ist und es will. Es ist eine ziemlich entmutigende Aufgabe, aber auch, was es so viel Spaß macht, ein Teil davon zu sein. "
Das Kernza-Programm des Instituts ist nur ein Teil der größeren Bemühungen, mehrjährige Pflanzen zu entwickeln, die eines Tages herkömmliche einjährige ersetzen könnten. Ebenfalls in Arbeit sind mehrjähriger Weizen, Sorghum, Hülsenfrüchte und Ölsaaten. Das Institut hat dazu beigetragen, ein Programm in der chinesischen Provinz Yunnan zu starten und zu finanzieren, um eine mehrjährige Version von Reis zu entwickeln.
"Das ultimative Ziel ist sicherlich kühn, aber es ist, Jahrbücher weltweit durch Stauden zu ersetzen", sagt Stroer.
Das ist cool
Im vergangenen Jahr produzierte die Marke Cascadian Farms von General Mills ein limitiertes Honey Toasted Kernza-Getreide , das verkauft wurde, um Spenden für Forscher zu sammeln. "Wir sind zuversichtlich, dass die Ernte in diesem Jahr ein höheres Volumen bringen wird, sodass wir ein Getreide herstellen können, das breiter verfügbar ist", sagt ein Sprecher von General Mills per E-Mail.
