Warum Vielfalt und Grundlagenforschung so wichtig sind – und was das mit einem kleinen Kreuzblütler zu tun hat

von Bruno Andreas Walther, Institut für Botanik an der HHU

Im Englischen gibt es ja diesen wunderschönen Ausdruck „Blast from the past!“ So eine plötzliche, unerwartete Erinnerung aus der Vergangenheit hatte ich letztens, als ich die Altstadt von Monheim am Rhein besuchte. Plötzlich erspähte ich ein Poster von Wolf Maahn¹, der am 8. März 2025 tatsächlich ein Konzert in Monheim gab (Abbildung 1).

Abbildung 1: Ein Werbeplakat für Wolf Maahns Konzert in Monheim am Rhein (23. Februar 2025; Foto von B. A. Walther).

Als ich ein Jugendlicher war, waren unsere deutschen Rockhelden Herbert Grönemeyer, Heinz-Rudolf Kunze, Marius Müller-Westernhagen und eben … Wolf Maahn. Die erste Schallplatte von Wolf Maahn war „Irgendwo in Deutschland“ (na, wer erinnert sich noch an Schallplatten?) und ist eigentlich ein Klassiker der deutschen Rockgeschichte. Stücke wie das Titelstück „Rosen im Asphalt“ und „Nur auf der Durchreise“ sind textlich und musikalisch total geil (um ein Modewort der 1980er zu benutzen, heute würde man wohl lit sagen). Aber warum erwähne ich das in einem Blog über Pflanzenforschung?
Weil das letzte Stück der Platte den folgenden Refrain hat²:
„Jawohl, wir sind so frei, was ist denn schon dabei, wir tun es überall,“ wobei natürlich nicht erklärt wird, was die da tun. Das bleibt der eigenen Fantasie überlassen.

Und unsere Zielpflanzen tun es im Moment auch überall! Vor einigen Wochen waren nur die Rosetten erkennbar, aber mittlerweile sprießen und blühen Millionen von der Ackerschmalwand und dem Gewöhnlichen Hirtentäschelkraut und Viermännigen Schaumkraut in ganz Deutschland (Abbildung 2). Und wir wünschen uns, dass ihr uns davon einige zukommen lasst, indem ihr bei der PUKI-Sammlung mitmacht. Es dauert wirklich nicht länger als 15-20 Minuten für eine Pflanze, und mit ein wenig Erfahrung geht es sogar noch schneller³.

Abbildung 2: Vor einer Hauswand wächst ein dichter Bestand der Ackerschmalwand oben auf den Flächen mit offener Erde, und direkt darunter wachsen zahlreiche Viermännige Schaumkraut auf der mit Gräsern bedeckten Fläche (Düsseldorf, 17. März 2025; Foto von B. A. Walther). Innerhalb von einem Meter existieren also zwei etwas verschiedene Mikrohabitate mit unterschiedlichen Pflanzengemeinschaften. Weitere Beispiele, dass unsere Zielpflanzen es im Moment überall tun, sind unten angehängt (Abbildungen 4-9).

Und da habt ihr meinen Bewusstseinsstrom à la James Joyce oder Marcel Proust. Das Poster erinnerte mich an Wolf Maahn, das erinnerte mich an seine erste Platte, das erinnerte mich an das Lied „Überall“, und dann dachte ich, das passt doch genau zu dem, was unsere Zielpflanzen im Moment tun.

Und das ist ja auch das Einzigartige: Jeder Mensch hat andere Gedanken, Assoziationen und Vorlieben. Und darum sollten wir nicht die Einheit zelebrieren, sondern die Vielfalt, ob in unserer Gesellschaft oder in der Natur. Darum ist der Schutz von Minderheiten genauso wichtig wie der Schutz der Vielfalt von Genen, Arten und Ökosystemen. Es ist mittlerweile auch wissenschaftlich erwiesen, dass Vielfalt die Stabilität und Produktivität von Ökosystemen schützt und verstärkt⁴, genau wie ein vielfältig aufgestelltes Wirtschaftssystem viel stabiler gegen Schwankungen ist als ein einseitiges System (z.B. Länder, die hauptsächlich vom Rohstoffabbau leben⁵). Anstatt die biologische Vielfalt auf allen Ebenen zu schützen und zu bewahren, zerstören wir sie aber in immer größerem Maße. Die meisten Wissenschaftler*innen sind sich einig, dass wir schon mittendrin in einem Massenaussterben⁶ sind, genau wie das Aussterben der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren! Das wird gravierende Auswirkungen auf menschlichen Wohlstand und Wohlbefinden haben⁷.

Die Erforschung der Arten- und Ökosystemvielfalt wird von anderen Wissenschaftsgruppen in Deutschland durchgeführt⁸, während sich unsere Forschungsgruppe auf die genetische Vielfalt spezialisiert⁹. Wir erforschen, wie die genetischen Unterschiede zwischen individuellen Pflanzen ihre Chance beeinflussen, zu überleben und sich fortzupflanzen. Eine beispielhafte Studie¹⁰ wurde letztes Jahr publiziert, die ich euch hier vorstellen möchte.

Die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) kommt in fast ganz Europa, großen Teilen Asiens und Afrikas vor. Und es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Populationen, die regional an ihre Umweltbedingungen angepasst sind, indem sie unterschiedliche Genome haben, d.h. eine große genetische Vielfalt aufweisen. Dem Erstautor Gregor Schmitz fiel auf, dass die Ackerschmalwand in einem relativ kleinen Umkreis im Kölner Süden an Standorten mit sehr unterschiedlichen Umweltbedingungen wuchs (Abbildung 3). Dazu gehörten Stellen mit geringer Wasser- und Nährstoffversorgung, wie z.B. kleine Pflasterritzen, aber auch stark gestörte Lebensräume, wie häufig gemähte Wiesen an stark befahrenen Straßen.
Daraufhin sammelte Gregor Schmitz Pflanzen von verschiedenen Standorten, um zu untersuchen, ob diese Pflanzen sich genetisch unterscheiden, und ob diese Unterschiede mit den Lebensbedingungen an den Standorten zusammenhängen.

Abbildung 3: Ackerschmalwand an drei verschiedenen Standorten in Köln (Fotos von J. Floret).

Mit seinen Kolleg*innen fand er dann heraus, dass (1) selbst innerhalb einer Stadt eine große genetische Vielfalt herrscht und (2) diese genetische Vielfalt tatsächlich mit den Lebensbedingungen an den Standorten korreliert. Gregor Schmitz kommentierte das so: „Die genetische Vielfalt, die wir in der Stadt vorfinden, ist nicht zufällig verteilt, sondern entspricht den spezifischen Unterschieden in der städtischen Umwelt.“ Diese Unterschiede trugen dazu bei, dass die Pflanzen in Lebensräumen überlebten, die sich vor allem darin unterschieden, (1) wie stark und wie oft sie durch menschliche Aktivitäten wie Unkrautjäten oder Mähen gestört wurden und (2) welchen Nährstoffgehalt der Boden hatte. Pflanzen, die durch frühes Unkrautjäten oder Mähen bedroht waren, blühten sehr schnell nach der Keimung, während andere Pflanzen sich mehr Zeit lassen konnten und dementsprechend andere Gene aufwiesen.
„Dieser Prozess, der als „Umweltfilterung“ bezeichnet wird, war schon bekannt: Er bestimmt, welche Pflanzenarten sich an spezifischen Standorten etablieren und dort fortbestehen. Es ist faszinierend zu sehen, dass genau derselbe Prozess auch für verschiedene Linien innerhalb einer Art funktioniert“, erklärte Ko-Autorin Anja Linstädter.

Dieses Ergebnis ähnelt den bekannten genetischen Unterschieden beim Menschen: z.B. haben Personen afrikanischer Herkunft in der Regel eine dunklere Haut¹¹ und eine höhere Immunität gegen Malaria als Menschen eurasischer Herkunft. Überraschend ist eben, dass solche eindeutigen genetischen Unterschiede bei der Ackerschmalwand zwischen Populationen auftreten können, die nur ein paar Meter voneinander entfernt wachsen, z.B. in einer Pflasterritze und in einer daneben liegenden Wiese.

Aber hat diese Forschung praktische Anwendungen? Einerseits betone ich immer wieder, dass Grundlagenforschung wie diese über die Kölner Ackerschmalwand oft zu unerwarteten, aber wichtigen Anwendungen führen kann, die man im Voraus gar nicht erahnen kann. Ein Paradebeispiel ist Alexander Flemings¹² Entdeckung des Penicillins: Er studierte das Wachstum von Bakterien ohne die geringste Absicht, ein Mittel gegen bakterielle Erkrankungen zu finden. Es passierte einfach, weil er sich auf Grundlagenforschung konzentrieren konnte. Und das ist nur ein Beispiel von Tausenden¹³.

Andererseits spiegeln die Herausforderungen, denen diese Pflanzen in städtischen Umgebungen ausgesetzt sind, im Kleinen die Herausforderungen wider, denen sich Pflanzen infolge globaler Umweltveränderungen in den nächsten Jahrzehnten stellen müssen. Städte weisen oft noch höhere Temperaturen und trockeneres Klima auf als ihre Umgebung. Sie sind sozusagen Labore der Zukunft, was die Folgen des Klimawandels betrifft. Wenn wir verstehen können, wie die Ackerschmalwand mit diesen teilweise extremen Bedingungen klarkommt, dann kann das durchaus wichtige, praktische Anwendungen haben, z.B. in der Land- und Forstwirtschaft, bei Naturschutz- und Renaturierungsprojekten, und beim Anlegen von grünen Städten. Welche Baumarten können wir in Deutschlands Wäldern pflanzen, die auch noch in hundert Jahren dem Klimawandel standhalten¹⁴? Was für Eigenschaften brauchen Pflanzen, mit denen wir Städte begrünen wollen¹⁵? Was für Fähigkeiten brauchen Kulturpflanzen, um mit den sich verändernden Bedingungen klarzukommen, damit wir auch zukünftig die Menschheit ernähren können¹⁶?

PUKI lädt interessierte Menschen ein, sich an dieser Forschung mit einem kleinen oder auch einem größeren Beitrag zu beteiligen, aber sich auch über unsere Forschung zu informieren. Dieser Blog-Beitrag ist somit ein weiteres Informationsangebot von uns an euch. Wenn euch noch andere Themen interessieren, schickt uns gerne einen Vorschlag.

Alle Fragen und Vorschläge zu PUKI bitte schicken an: Bruno Walther, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Gebäude 26.14, Raum 01.067, Universitätsstr. 1, 40225 Düsseldorf, Tel: 0211-81-13427, Email: Bruno.Walther@hhu.de

Weitere Informationen finden sich hier:

1. https://de.wikipedia.org/wiki/Wolf_Maahn ↩︎
2. https://www.youtube.com/watch?v=5mqLMa_zibs ↩︎
3. https://www.puki.hhu.de/mach-mit ↩︎
4. Vielfalt schützt: Biologische Vielfalt hilft Ökosystemen klimatische Extremereignisse abzufedern. https://www.pflanzenforschung.de/de/pflanzenwissen/journal/vielfalt-schuetzt-biologische-vielfalt-hilft-oekosystem-10513, Ökosystemforschung: Pflanzenvielfalt fördert Stabilität von Nahrungsnetzen. https://www.anl.bayern.de/publikationen/anliegen/doc/an42119offenberger_2020_oekosystemforschung.pdf, Artenvielfalt schützt das Klima. https://www.mpg.de/9151504/artenvielfalt-klima, Artenreiche Ökosysteme sind produktiver als artenarme. https://www.ufz.de/index.php?de=36336&webc_pm=4/2016; auch weitere Faktoren sind wichtig: Artenvielfalt allein macht Ökosysteme nicht stabil. https://www.sonnenseite.com/de/umwelt/artenvielfalt-allein-macht-oekosysteme-nicht-stabil/ ↩︎
5. https://de.wikipedia.org/wiki/Ressourcenfluch ↩︎
6. Eine Million Arten betroffen: Das sechste Massenaussterben ist in vollem Gange. https://www.geo.de/natur/nachhaltigkeit/21267-rtkl-un-report-eine-million-arten-betroffen-das-sechste-massenaussterben#:~:text=Das%20sechste%20Massenaussterben%20hat%20begonnen,Asteriod%20auf%20der%20Erde%20einschlug, Das größte Massensterben seit 66 Millionen Jahren. https://www.deutschlandfunkkultur.de/biodiversitaet-artensterben-folgen-100.html, Ökozid: Wettlauf mit dem Tod. https://www.focus.de/earth/titel-wettlauf-mit-dem-tod_id_137449207.html, Menschliche Eingriffe verringern Biodiversität. https://science.orf.at/stories/3229492/, Global Assessment Report on Biodiversity and Ecosystem Services. https://www.ipbes.net/global-assessment, Accelerated modern human–induced species losses: Entering the sixth mass extinction. https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/sciadv.1400253?trk=public_post_comment-text, Vertebrates on the brink as indicators of biological annihilation and the sixth mass extinction. https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.1922686117, The Sixth Mass Extinction: fact, fiction or speculation? https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/brv.12816, ”There is a mass extinction of plants.” https://www.su.se/english/news/there-is-a-mass-extinction-of-plants-1.612339, 40% of world’s plant species at risk of extinction. https://www.theguardian.com/environment/2020/sep/30/world-plant-species-risk-extinction-fungi-earth, Hunderte Pilzarten vom Aussterben bedroht. https://science.orf.at/stories/3229511/, ↩︎
7. Wird die Menschheit das sechste große Massenaussterben überleben? https://www.nationalgeographic.de/umwelt/2017/03/wird-die-menschheit-das-sechste-grosse-massenaussterben-ueberleben, Fokus Biodiversität: Naturverlust als Bedrohung für Wohlstand und Überleben. https://www.gdv.de/resource/blob/186740/ccd6d60ea62c81528495afbfe788e18c/economics-and-finance-flash-01-25-download-data.pdf, Massensterben der Arten – Gefahr auch für die Menschheit. https://www.dw.com/de/das-massensterben-der-arten-eine-der-gr%C3%B6%C3%9Ften-gefahren-f%C3%BCr-die-menschheit/a-61674077, The Economics of Ecosystems & Biodiversity. https://teebweb.org/, Ecological disruptions are a risk to national security. https://theconversation.com/ecological-disruptions-are-a-risk-to-national-security-248754 ↩︎
8. https://www.senckenberg.de/de/institute/sbik-f/,https://www.ipbes.net/,https://www.fona.de/de/themen/biodiversitaet.php,https://www.mpg.de/biodiversitaet,https://www.feda.bio/wp-content/uploads/2024/05/2024-05_FEdA-Broschuere_DE-web.pdf ↩︎
9. https://trr341.uni-koeln.de/ ↩︎
10. Die Ackerschmalwand in Köln ist an ihre städtische Umgebung angepasst. https://uni-koeln.de/universitaet/aktuell/meldungen/meldungen-detail/die-ackerschmalwand-in-koeln-ist-an-ihre-staedtische-umgebung-angepasst ↩︎
11. https://de.wikipedia.org/wiki/Hautfarbe ↩︎
12. https://de.wikipedia.org/wiki/Alexander_Fleming ↩︎
13. Nobel laureate: Basic science research is critical for medical progress. https://www.aamc.org/news/nobel-laureate-basic-science-research-critical-medical-progress ↩︎
14. Baumartenwahl im Klimawandel. https://www.kiwuh.de/service/wissenswertes/wissenswertes/baumartenwahl-im-klimawandel, Klimaresiliente Wälder durch Migration besser angepasster Baumarten. https://www.swr.de/wissen/assistierte-migration-klimaresiliente-waelder-durch-besser-angepasste-baumarten-100.html, Wie Wälder dem Klimawandel trotzen können. https://www.deutschlandfunk.de/deutschlands-gruene-lungen-wie-waelder-dem-klimawandel-100.html, Klimaresiliente Baumarten finden! https://www.hlnug.de/stadtgruen-im-klimawandel/klimaresiliente-baumarten-finden ↩︎
15. Stadtgrün wirkt! https://gruen-in-der-stadt.de/uploads/files/28092023_Stadtgru%CC%88nWirkt_getaggt_NEU_final-1.pdf, Quo vadis Biodiversitätsschutz? Einheimische Stadtbäume im Klimawandel. https://www.anl.bayern.de/publikationen/anliegen/doc/an43106interview_2021_boell_zehm.pdf, Wir brauchen in Zukunft eine breite Palette von Baumarten. https://33prozentmagazin.de/wir-brauchen-in-zukunft-eine-breite-palette-von-baumarten/, „Stadtgrün 2021+“ : Neue Bäume braucht das Land! https://www.lwg.bayern.de/landespflege/urbanes_gruen/085113/index.php, Stadtbäume müssen Hitze und Trockenheit verkraften. https://www.ardalpha.de/wissen/natur/pflanzen/wald-waelder-bayern-baum-baeume-klimawandel-stadtbaeume-100.html ↩︎
16. Hotter, drier, CRISPR: editing for climate change. https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210301112331.htm, SciDevNet: Forschende in Afrika setzen auf Gentechnik für klimaresistente Nutzpflanzen. https://www.kooperation-international.de/aktuelles/fuer-sie-entdeckt/detail/info/scidevnet-forschende-in-afrika-setzen-auf-gentechnik-fuer-klimaresistente-nutzpflanzen, ntwicklung einer neuen Generation von klimaresistenten Anbaupflanzen. https://cordis.europa.eu/article/id/442178-creating-a-new-generation-of-climate-resilient-crops/de, Können wir bald klimafeste Nutzpflanzen anbauen? https://de.euronews.com/green/2022/07/18/konnen-wir-bald-klimafeste-nutzpflanzen-anbauen, Züchtung klimaresistenter Kulturpflanzen für den Biolandbau. https://cordis.europa.eu/article/id/442657-breeding-climate-resilient-crops-for-organic-agriculture/de, Pflanzenzucht mit Genschere? https://www.dw.com/de/klimaresistente-pflanzen-durch-die-genschere/video-64161208, Reiche Ernten in heißen Zeiten. https://www.pflanzenforschung.de/de/pflanzenwissen/journal/reiche-ernten-heissen-zeiten, Studie: Klimastress gefährdet unsere Ernten stärker als gedacht. https://www.swr.de/wissen/klimawandel-einfluss-landwirtschaft-studie-100.html, Mit den neuen Gentechnikverfahren dem Klimawandel trotzen? https://www.kritischer-agrarbericht.de/fileadmin/Daten-KAB/KAB-2021/KAB_2021_300_305_Kawall.pdf ↩︎

Weitere Beispiele für die zahlreichen verschiedenen Mikrohabitate, auf denen unsere Zielpflanzen im Moment wachsen und blühen:

Englische Version des Textes: https://www.puki.hhu.de/fileadmin/redaktion/Fakultaeten/Mathematisch-Naturwissenschaftliche_Fakultaet/Biologie/puki/Why_diversity_and_basic_research_are_so_important.pdf