Verlust an Biodiversität: übersehene pilzliche Regulatoren

Von Renate U. Vanselow

Wie kommt der Pilz ins Gras: Sind höhere Pflanzen „umgekrempelte Flechten“? Als vor 400 Millionen Jahren die ersten, den Algen noch sehr ähnlichen Pflanzen das Land eroberten, brachten sie in die neue Lebensform eine bereits im Meer entstandene Gesellschaft mit (Brundrett 2002, Heckmann et al. 2001, beide zitiert in Cheplick & Faeth 2009), von der die Wissenschaft – neben der Ökologie (v.a. Forstbäume) und Pflanzenzüchtung (z.B. Futtergräser, Getreide) vor allem die Medizin (Valachova et al. 2005: Heilpflanzen) – in der jüngsten Vergangenheit Kenntnis nimmt: Mikroorganismen, zumeist Pilze, die von außen völlig unsichtbar innerhalb des pflanzlichen Körpers leben (Paul 2000). Solche Organismen bezeichnet man als Endophyten von endo (gr.: innerhalb) und phyto (gr.: Pflanze). Die Gemeinschaft zwischen höherer Pflanze und innerhalb lebendem Pilz kann dabei von Parasitismus bis hin zur Symbiose in jeder nur denkbaren Variante verwirklicht sein (Cheplick & Faeth 2009, Müller & Krauss 2005). Tatsächlich bezeichnen Wissenschaftler diese Lebensgemeinschaft der höheren Pflanzen als „umgekrempelte Flechten“ (Atsatt 1988, Barrow et al. 2007).

Moderne Wirtschaftsgräser

Unsere heute wichtigsten Wirtschaftsgräser weltweit gehören zum so genannten Festuca-Lolium-Komplex (Craven & Schardl no date), einer Zusammenfassung von Weidelgräsern und Breitblättrigen Schwingeln. Die Gräser dieser Gruppe sind so nahe mit einander verwandt, dass sie sich von Natur aus verbastardieren. Zu ihnen gehören: Deutsches Weidelgras (Lolium perenne, Perennial Ryegrass), Welsches Weidelgras (Lolium multiflorum, Annual Ryegrass), Wiesen-Schwingel (Festuca pratensis, Meadow Fescue) und Rohrschwingel (Festuca arundinacea, Tall Fescue). Die ursprüngliche Heimat dieser Gräser ist das Gebiet von Europa bis Nord-Afrika (Craven & Schardl no date, Hopkins et al. 2007, van Zijll de Jong et al. 2004). Alle diese Gräser leben oft in Gemeinschaft mit Pilzen der Gattung Neotyphodium (Lenuweit et al. 2002). Die Wirkstoffe der Pilzgruppe, zu der sie gehören (Clavicipitoidaea), sind bekannt als starke Gifte (Mühle & Breuel 2003, Vanselow 2010). Vor diesem Hintergrund erstaunt es nicht, dass das Endophyte Service Laboratory in Corvallis/USA das Deutsche Weidelgras und den Rohrschwingel in ihrer Bedeutung als Giftpflanze für den pazifischen Nordwesten der USA auf eine Stufe stellen mit dem Jakobs-Kreuzkraut (Senecio jacobaea, Tansy Ragwort) (Duringer 2007b).

Pilzliche Wirkstoffe: zwei Seiten einer Medaille

Die pilzlichen Wirkstoffe im Gras können für gewünschte Resistenzen der Futtergräser sorgen. Produktive, artenarme Ökosysteme sind in der Landwirtschaft erwünscht (Hay and Forage 2007, Science Daily 2007). Derart kampfkräftige, resistente Zuchtgräser aus konventioneller Pflanzenzucht könnte man als eine Art künstlich geschaffenen Neophyten betrachten. Diese Gräser beeinflussen den Artenreichtum negativ:

Ihre allelopathische Wirkung hemmt Wachstum und Keimung anderer Pflanzen (Clay & Holah 1999, Quigley & Reed 1999). Es entstehen produktive, artenarme aber sehr stabile Grünlandsysteme (Quigley & Reed 1999).

Bei Überweidung zeigen infizierte Gräser erfolgreiche Strategien wie höhere Keimlingslebensfähigkeit, bessere Photosynthese unter Stress oder höhere Samenproduktion als nicht infizierte Gräser (Quigley & Reed 1999).

Ihre Wirkstoffe zeigen fungizide Eigenschaften (Paul 2000), was eine Reduktion der pilzlichen Flora im Freiland bedeutet, aber den Einsatz von Fungiziden senkt.

Die Gräsergifte haben insektizide Wirkung (Forage Focus 2007), was die Insektenvielfalt verarmt, aber den Einsatz von Pestiziden reduziert (Duringer 2007a).

Gräsergifte verhindern auch den Fraß von Nemathoden (Forage Focus 2007), verarmen also die Bodenfauna im Freiland.

Die resistenten Gräser sind sogar bei Dürre kampfkräftig (Quigley & Reed 1999), bedürfen keiner Bewässerung (Duringer 2007a) – und verdrängen schwächere Gewächse.

Resistente Gräser vertragen auch Nährstoffmangel, verringern also die Düngermenge (Duringer 2007a) – und besiedeln Standorte, die zuvor weniger kampfkräftigen Gewächsen (lichtliebende Hungerkünstler) vorbehalten waren.

Die Grassamen führen zur eingeschränkten Fruchtbarkeit von Wildmäusen (Tannenbaum et al. 1998), die sich zeitweise von Grassamen ernähren, verarmen also auch die Kleinsäugerfauna auf direktem Wege.

Schließlich bereiten die „Anti-Quality“-Faktoren in Futtergräsern, die in Monokulturen angebaut werden, massive Probleme in der Viehzucht (Quigley & Reed 1999, Thompson et al. 2001, Vanselow 2010). Nachdem die Zucht endophytenfreier Gräser problematisch blieb, hat man versucht, „freundliche Endophyten“ zu nutzen, also Endophyten, die für Resistenzen sorgen, aber keine Tiervergiftungen verursachen sollen. Während traditionelle, artenreiche Grünländer mit hoher Nutzungselastizität niedrige Giftgehalte aufweisen (Cheplick & Faeth 2009, Müller & Krauss 2005), bergen produktive Monokulturen das Risiko erhöhter Giftgehalte (Cheplick & Faeth 2009, Müller & Krauss 2005). Zuchtgräser und Zuchtendophyten werden oftmals patentiert, ebenso wie die Infektionsverfahren und Impfungen der Weidetiere (Vanselow 2010). Um die Verluste an Weidetieren und an Produktivität (Milchleistung, Gewichtszunahme, Fruchtbarkeit, Klauenentzündungen) zu minimieren, werden giftresistente Nutztierlinien gezüchtet (Arthur 2002) bzw. Mikroorganismen in den Pansen eingebracht, die diese Gifte entgiften, bevor das Weidetier eine Vergiftung erleidet (Duringer 2007b). Grasfresser ohne Pansen (z.B. Equiden) sind durch Endophytengifte besonders gefährdet (Vanselow 2010). Speziell in der wertvollen und wirtschaftlich starken Englischen Vollblutzucht [Beispiel „Mare Reproductive Loss Syndrom“ 2001-2002 in Kentucky: 300Mio.$ Schaden durch Pferdeverluste (Smith et al. 2009)] ist es mehrfach gelungen, als Ursache tödlicher Tiervergiftungen Endophytengifte nachzuweisen (Bourke et al. 2009, Lezica et al. 2009), wobei auch Gifte patentierter Zuchtendophyten als Todesursache nachgewiesen werden konnten (Bourke et al. 2009). Milchleistung, Gewichtszunahme und Fruchtbarkeit von Milchvieh werden schon durch geringe Mengen solcher Gifte negativ beeinflusst, so dass mit wirtschaftlichen Einbußen auch bei subklinischen Konzentrationen zu rechnen ist.

Forschungsziel: resistente Pflanzen für Europa sollen Mycotoxine reduzieren

Schätzungsweise ein Viertel der jährlichen Welternte wird jedes Jahr durch Schimmelpilzbefall und deren Gifte unbrauchbar. Um das zu ändern, wurde ein europäisch- internationales Projekt namens MycoRed gegründet (Geisen & Schmidt-Heydt 2009), das die Aufgabe hat, „novel strategies for world wide reduction of mycotoxins in food and feed chains“ zu erforschen. Vier Jahre lang, von 2010 bis 2013, fördert die EU das Projekt mit 5,8 Mio. Euro. In mehreren Workpackages werden unterschiedliche Aufgaben bearbeitet. Workpackage 1 hat das Ziel der Entwicklung von resistenten Pflanzenlinien und deren Registrierung zur europäischen Nutzung.

Geht der Schuss nach hinten los?

Weidelandschaften mit Gräsern stellen eine uralte Anpassung von Pflanzen an Fraß dar. Schon in der Oberkreide vor 65 Mio. Jahren waren Gräser weit entwickelt und wurden nachweislich von Dinosauriern gefressen (Prasad et al. 2005). Pflanzen mit einer derart langen Anpassung an Fraß zeigen häufig Strategien der Fraßvermeidung oder abwehr oder sogar Mechanismen zur Steuerung der Population ihrer Konsumenten (Howe & Westley 1993). Lassen sich derartige regulierende Mechanismen bei Gräsern finden?

Die Populationsgröße der Pflanzenfresser wird bestimmt vom Nahrungsangebot (Markerink 2002). Raubtiere sorgen durch Jagd dafür, dass nur gesunde, fluchtfähige Tiere zur Fortpflanzung kommen. Beispielsweise hat die Wirkung des Endophytengiftes Ergovalin (Vanselow 2010) populationsbiologisch betrachtet interessante Eigenschaften: Unfruchtbarkeit (Verluste am zukünftigen Geburtsjahrgang) sowie tödliche Komplikationen bei der Geburt (Verluste am diesjährigen Geburtsjahrgang sowie an Muttertieren) führen zu einer schnellen und wirkungsvollen Populationsverkleinerung, ebenso wie die Unfähigkeit von Grasfressern zur Flucht („Weidegraslahmheit“) in einer natürlichen Umwelt mit Raubtieren. Da Equiden in Weidesystemen bei Überbevölkerung schneller zu Schäden des Ökosystems führen als Rinder, ist ihre wirk­same Regulierung zur Erhaltung des Ökosystems sinnvoll. Tatsächlich reagieren Equiden auf die Gifte in Gräsern er­heblich empfindlicher als die meisten Wiederkäuer (Vanselow 2010). Endophytengifte in Gräsern haben daher das Potenzial zu einer wirkungsvollen Regulierung von Grasfresserpopulationen (Vanse­low 2008).

Schöne neue grüne Welt

Vor diesem Hintergrund erscheint es sinnvoll, inne zu halten und unser Tun zu überdenken. Wir übernutzen unsere Umwelt. Um den Konsequenzen unseres einseitigen Anbaus zu entgehen, setzen wir auf die Züchtung resistenter und immer giftigerer Nutzpflanzen. Damit die Nutztiere durch deren Gifte keinen Schaden nehmen, züchten wir auf Nutztierlinien, die tolerant oder sogar resistent sind gegen die Gifte der neuen Nutzpflanzen. Gleichzeitig gewinnen Giftbindemittel in der Futtermittel- und Nahrungsproduktion immer mehr an Bedeutung (Huwig et al. 2001).

Auch Getreide sind Gräser. Auch sie leben gerne in Gemeinschaft mit pilzlichen Endophyten, die ihrerseits in den Focus der Pflanzenzüchtung geraten sind (Marschall et al. 1999). Steht die Zunahme der pflanzlichen Wirkstoffe in Zusammenhang mit der Zu­nahme von Zivilisationskrankheiten beim Menschen wie Allergien, Unfruchtbarkeit und Stoffwechselerkrankungen? Was ist der Preis für die gnadenlose Aufrüstung gegen die Natur? Und wer züchtet den resistenten Menschen? Oder überleben in Zukunft nur Privilegierte, die Zugang haben zu Giftbindemitteln und Impfstoffen?

Bereits 2004 wurde auf die Probleme hingewiesen, die sich rechtlich für modernes Saatgut ergeben können (Vanselow 2004): Produkthaftung? Schadenersatzforderungen? Bei den Pferdeverlusten in Australien 2009 durch patentierte Endophyten in Zuchtgräsern (Bourke et al. 2009) dürfte die Rechtslage eindeutig sein.

Literatur

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Anschrift der Verfasserin: Dr. Renate U. Vanselow, Sachverständige BDBiol, Dorfstraße 97b, D-24232 Dobersdorf, E-Mail renate.vanselow@t-online.de , Internet http://www.biologie-der-pferde.de .