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Ernährung: Fotosynthese mit Turbolader

Ein Gentransfer von Bakterien auf Pflanzen könnte die Fotosynthese – und damit auch die Landwirtschaft – wesentlich effizienter machen. Zwei entscheidende Schritte auf dem Weg dahin sind jetzt geglückt.
Fotosynthese-Enzym RubiscoLaden...

Als die Evolution vor rund 2,5 Milliarden Jahren die zweistufige, Sauerstoff produzierende Fotosynthese erfand, passierte ihr eine kleine Unachtsamkeit. Die heute am weitesten verbreitete Version des Vorgangs leidet an einem Geburtsfehler, der sich ähnlich wie die Verwendung von zweistelligen Jahreszahlen bei Computern im 20. Jahrhundert erst nach langer Zeit als heikel herausstellen sollte.

Der Lapsus bestand darin, dass das für den Einbau von Kohlendioxid in organische Moleküle zuständige Schlüsselenzym der Fotosynthese namens Rubisco – kurz für Ribulose-1,5-diphosphatcarboxylase – nicht besonders gut zwischen Kohlendioxid und Sauerstoff unterscheiden kann. Und wenn es Letzteren statt des gewünschten Kohlenstoffs fixiert, geht der Zelle wertvolle chemische Energie verloren.

Anfangs war das überhaupt kein Problem, weil gasförmiger Sauerstoff nur in Spuren in der Atmosphäre vorkam und dem Kohlendioxid deshalb keine Konkurrenz machte. Doch dank der unaufhaltsamen Ausbreitung erst von fotosynthetischen Bakterien und dann von Algen und Landpflanzen stieg der Sauerstoffanteil der Atmosphäre im Verlauf der Jahrmillionen stetig an – bis auf den heutigen Wert von etwa 21 Prozent. ...

Februar 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Februar 2015

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  • Quellen

Lin, M. T. et al.: β-Carboxysomal Proteins Assemble into Highly Organized Structures in Nicotiana Chloroplasts. In: The Plant Journal 79, S. 1 - 12, 2014

Lin, M. T. et al.: A Faster Rubisco with Potential to Increase Photosynthesis in Crops. In: Nature 513, S. 547 - 550, 2014