Kann der Farn, der den Planeten gekühlt hat, das wieder tun?

Vor 55 Millionen Jahren, als die Erde nach Ansicht der Wissenschaftler fast außer Kontrolle geriet und durch Treibhausgase gefährlich überhitzt war, war auch der Arktische Ozean ein ganz anderer Ort. Es war ein großer See, der mit den größeren Ozeanen durch eine einzige Öffnung verbunden war: das Turgay-Meer.

Als sich dieser Kanal vor fast 50 Millionen Jahren schloss oder blockiert wurde, wurde das eingeschlossene Gewässer zum perfekten Lebensraum für einen kleinblättrigen Farn namens Azolla. Stellen Sie sich die Arktis wie das Tote Meer von heute vor: Es handelte sich um einen heißen See, der sich geschichtet hatte und an einem fehlenden Austausch mit dem Außenwasser litt. Das bedeutete, dass das Wasser mit überschüssigen Nährstoffen angereichert war.

Azolla nutzte den reichlich vorhandenen Stickstoff und das Kohlendioxid, zwei seiner Lieblingsnahrungsmittel, und gedieh. Große Populationen bildeten dicke Matten, die den gesamten See bedeckten. Als die Niederschläge aufgrund des sich ändernden Klimas zunahmen, sorgten Überschwemmungen für eine dünne Süßwasserschicht, aus der Azolla auf Teile der umliegenden Kontinente kriechen konnte.

Azolla blühte und starb auf diese Weise zyklisch über einen Zeitraum von etwa 1 Million Jahren und legte jedes Mal eine weitere Schicht der dicken Sedimentdecke ab, die schließlich 2004 von der Arctic Coring Expedition gefunden wurde.

Die Tatsache, dass der Farn nur etwas mehr als einen Zentimeter Wasser unter sich braucht, um zu wachsen, lässt das ganze Szenario geradezu logisch erscheinen – bis man erfährt, wie viel Kohlenstoff diese kohlendioxidhungrige Pflanze im Laufe dieser Millionen Jahre aufgesaugt hat.

„Etwa die Hälfte des damals verfügbaren CO2“, sagt Jonathan Bujak, der als Palynologe Staub und feine Pflanzenpartikel untersucht. „Die Werte fielen von 2500 bis 3500 auf 1500 bis 1600 ppm. „*

Während unklar ist, was das Azolla-Zeitalter beendete, geriet die Erde in den nächsten 49 Millionen Jahren in einen Zyklus, der einen noch drastischeren Rückgang des CO2-Gehalts mit sich brachte.

Die südlichen Kontinente brachen auseinander, und als Südamerika und Indien nach Norden wanderten, wurde die Antarktis isoliert und immer kälter, wodurch mehr CO2 absorbiert wurde und ein förderbandähnlicher Effekt kalter Luft entstand, der das Eis aufrechterhielt. Eine Abfolge von Eiszeiten wurde ausgelöst, als der CO2-Gehalt der Atmosphäre vor etwa 2,6 Millionen Jahren unter 600 ppm sank, nur 200 ppm unter dem heutigen Wert der Erde.

Es begannen zyklische Eiszeiten, die sich zwischen 100.000 Jahren mit massiven Gletschern abwechselten, gefolgt von 10.000-jährigen Pausen. Mitte des 18. Jahrhunderts lag der CO2-Gehalt bei 280 ppm.

Moderne Verwendungsmöglichkeiten für eine heroische Pflanze finden
„Was wirklich unbegreiflich ist“, so Bujak, „ist, dass der frühere Prozess der Abkühlung unseres Planeten und des CO2-Abfalls 50 Millionen Jahre gedauert hat, um sich zu entwickeln.

Was über das wahre Innenleben von Azolla bekannt ist, ist vielleicht nur oberflächlich, aber Menschen auf der ganzen Welt, wie Kathleen Pryer, eine Professorin aus Duke, die das Genom des Farns per Crowdfunding finanziert, haben weiterhin kreative Wege gefunden, um seine Möglichkeiten zu erkunden. Alan Marshall, ein ehemaliger Radiologe, der in Tasmanien, Australien, lebt, ist nur ein Beispiel für einen Bürgerwissenschaftler, der glaubt, dass Azolla dem Planeten zu einem besseren Gleichgewicht verhelfen kann.

Nach einer zweijährigen Tätigkeit als freiwilliger medizinischer Röntgenassistent in Ostafrika hatte Marshall begonnen zu erkennen, dass technologische Fortschritte nicht immer mit großen Kosten verbunden sind. Er begann nach Wegen zu suchen, um das einzusetzen, was er als alternative, angemessene Technologie bezeichnet.

„‚Alternativ‘ bedeutet, dass man anstelle von industrieller, teurer Technologie, die nur dort verfügbar ist, wo man Wartungspersonal hat, einfachere, lokal verfügbare Mittel einsetzt, um dieselbe Aufgabe zu erfüllen“, so Marshall. „

Marshall war auf der Suche nach einer Methode, um das Grauwasser seines Hauses, also das Wasser aus dem Waschbecken oder der Badewanne, so aufzubereiten, dass es für seinen Garten verwendet werden kann, als er auf Azolla stieß.

„Als ich den Garten eines Nachbarn besuchte, bemerkte ich ein rosafarbenes Unkraut, das auf der Oberfläche ihres Teiches wuchs, nahm eine Probe mit nach Hause und recherchierte im Internet“, so Marshall. „Als ich feststellte, dass es sich um eine Azolla-Art handelte und dass sie Phosphate und Stickstoff aus dem Wasser entfernen konnte, dachte ich, dass sie helfen könnte.“

Er begann, mit Azolla als Teil eines Filtersystems zu experimentieren und mit anderen Azolla- und Alternativtechnologie-Enthusiasten über sein Projekt zu bloggen. Marshall hat nun ein dreiteiliges Filtersystem entwickelt, das zwar den Geruch aus dem Grauwasser entfernt, nicht aber Krankheitserreger und Viren.

Er sagte, dass die Entwicklung dieser Art von kleinen, einfach zu bedienenden Mechanismen ideal als alternative Technologie ist, aber auch für den Einsatz in größeren Systemen genutzt werden könnte. Deshalb seien Fachleute vor Ort nötig, um die weitere Arbeit zu leiten, sagte er.

Essen Sie Ihre Azolla. Es ist gut für dich
Auch andere haben mit dem essbaren Aspekt von Azolla experimentiert, darunter Andrew Bujak, ein Koch und Sohn von Jonathan Bujak. Andrew Bujak baut sie in seinem Haus in Kanada an. Bujak interessierte sich zunächst für das Slow-Food-Konzept, eine italienische Bewegung, die sich gegen den wachsenden Einfluss von Fast-Food-Ketten wie McDonald’s Corp. wendet, und sah dann eine persönliche Verwendung für Azolla.

„Ich erkannte, dass dies nicht nur eine gute Nahrungsquelle ist, da sie nahrhaft und praktisch geschmacksneutral ist, sondern dass sie von jedem überall auf der Welt angebaut werden kann. Es ist leicht zu finden, entweder online oder in Aquariengeschäften. Man muss nur Wasser hinzufügen“, sagt Bujak lachend. Als er gebeten wurde, den Geschmack des Farns zu beschreiben, verglich Bujak ihn mit einem Grashalm.

Azolla wächst nicht nur in Kanada, sondern fast überall auf der Welt, so Bujak, und hat sich daher auf natürliche Weise an viele verschiedene Regionen und Klimazonen angepasst. Das macht es für die Menschen einfach, sie zu pflanzen und zu nutzen.

„Vielleicht sind Sie ein Kleinbauer in Alberta und wollen die Kosten senken und einen geringeren ökologischen Fußabdruck hinterlassen“, sagte Bujak. „Er fügte hinzu, dass Azolla auch ein Superfood der Zukunft sein könnte, sowohl wegen seines Nährwerts als auch wegen des geringen Flächenbedarfs.

„Selbst wenn wir es als Nutzpflanze anbauen würden, würde es keine weiteren Anbauflächen verschwenden. Es würde einfach zu den bestehenden Systemen hinzugefügt, wie es jetzt in reichen Paddy-Kulturen verwendet wird“, sagte Bujak. „Unter Bedingungen, in denen der Platz für das Wachstum von Nahrungsmitteln extrem begrenzt ist, bietet Azolla eine Menge Nährstoffe auf kleinem Raum. Man arbeitet sogar an seiner Verwendung im Weltraum!“

Bujak sagte, sein nächstes Projekt sei die Herstellung von Nori, gepressten getrockneten Algenblättern, unter Verwendung des Farns. Derzeit kann Azolla in Kanada als Nahrungsergänzungsmittel in Form von Kapseln und Pulver mit antioxidativen und allgemeinen gesundheitlichen Vorteilen verkauft werden, aber in den Vereinigten Staaten ist es noch nicht zugelassen. Bujak meint, dass es angesichts der Erfolgsgeschichte des Farns wahrscheinlich nicht mehr lange dauern wird, bis Azolla auch jenseits der Grenze zugelassen wird.

„Diese Pflanze ist in jeder Hinsicht unglaublich“, sagte er. „

China wird farnbegeistert
Vor zwei Wochen erklärte sich das Beijing Genomics Institute (BGI), das über die modernsten Sequenzierungsplattformen der Welt verfügt, bereit, Pryers Projekt zur Kartierung des Azolla-Genoms zu finanzieren. Schon in einem Jahr könnten die Geheimnisse der Vergangenheit des Farns und seine Anwendungen für die Zukunft frei zugänglich sein.

Gane Ka-Shu Wong, einer der Gründer des BGI, der auch an der kanadischen University of Alberta lehrt, sagte, dass die unorthodoxen Ursprünge der Gruppe in gewisser Weise mit dem Plan von Pryer übereinstimmen. Während seiner Arbeit am Humangenomprojekt in den späten 1990er Jahren hatte Wong das Gefühl, dass der wissenschaftliche Prozess zu sehr institutionalisiert war.

„Das Belohnungssystem in einem typischen Regierungs- oder Universitätslabor ist viel zu sehr auf das Individuum und nicht auf das Team ausgerichtet“, so Wong. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern, denen es ähnlich ging, suchte Wong nach einem Ort, an dem sie ihre Türen öffnen konnten.

„Wir beschlossen, dass wir, wenn wir diese Kultur ändern wollten, an einen Ort gehen mussten, an dem es zu dieser Zeit praktisch keine Konkurrenz gab“, so Wong. „In den 1990er Jahren gab es einen Ort, der ganz anders war als heute – China.“

Da das Team wusste, dass das menschliche Genom kurz davor war, geknackt zu werden, ließ es sich schnell in Übersee nieder. Zum großen Schock ihrer Kollegen schafften sie es, ihren 1-Prozent-Anteil an dem Projekt rechtzeitig fertig zu stellen.

„Wir hatten nun bewiesen, dass wir es schaffen konnten, also vergrößerten wir uns schnell. Die Regierung interessierte sich dafür, private Unternehmen interessierten sich dafür, und plötzlich waren wir riesig“, sagte Wong.

Nun lieferte das Unternehmen nicht nur Tests und Verbrauchsmaterialien für Krankenhäuser, sondern bot auch eine ganze Reihe anderer biologischer Dienstleistungen an und begann bald, Gewinne zu erzielen.

„Wir begannen, Geld aus kommerziellen Projekten zu verwenden, um das zu finanzieren, was wir ‚Spaßwissenschaft‘ nennen“, sagte Wong und bezog sich dabei auf Projekte, die für Wissenschaftler nur deshalb interessant sind, weil sie eine Frage beantworten und nicht unbedingt einer wirtschaftlichen Funktion dienen.

„Unterm Strich sind wir ein Haufen Wissenschaftler, die gerne Wissenschaft betreiben und ihren Lebensunterhalt verdienen wollen. Bis jetzt war es ziemlich erfolgreich“, sagte Wong. „

Das BGI wird sich auch darauf konzentrieren, die komplexe Beziehung zwischen Azolla und den Cyanobakterien zu enträtseln, die seine engen Reisegefährten sind, etwas, das das BGI ebenfalls als Schlüssel für die künftige Verwendung des Farns und die Ausweitung seiner Erforschung betrachtet.

Andere, die seit Jahrzehnten mit Azolla arbeiten, sind von der Nachricht begeistert.

Ein Glücksfall für ein Unkraut?
„Dieses Wissen wird uns die Kontrolle über Azolla in einer Weise geben, die wir vorher nicht hatten“, sagte Francisco Carrapico von der Universität Lissabon. „Wir können die Kohlenstoffbindung und Stickstofffixierung erhöhen oder die Eigenschaften von Azolla auf andere Pflanzen übertragen. Wir haben sogar Chemikalien in Azolla gefunden, die die Zellteilung stoppen. Die Frage ist nur, was wir finden werden, was Azolla nicht kann.“

Der Farn hat allerdings einen Nachteil, der ihm in Teilen Europas einen schlechten Ruf eingebracht hat und in Nordamerika als Unkraut bezeichnet wird. Wie die meisten Algen kann Azolla riesige Blüten bilden, wie es vor 49 Millionen Jahren in der Arktis geschah, und das Leben darunter ersticken.

Doch selbst in diesen Fällen, so Jonathan Bujak, „ist die Blüte ein Symptom“, in der Regel aufgrund eines hohen Stickstoffgehalts.

Während Pryer sagt, dass ihre Motivation, Azolla zu verfolgen, hauptsächlich akademischer Natur war, sieht sie durchaus das Potenzial für Risikokapitalismus, das sich in Zukunft um Azolla herum entwickeln könnte.

„Wir wollten ein Genom für die Menschen, von den Menschen“, sagt Pryer mit einem Lachen. Andere wiederum sind der Meinung, dass Pryers Arbeit nicht nur für akademische Zwecke, Umweltanwendungen oder industrielle Zwecke von Nutzen ist.

„Azolla hat mich erkennen lassen, dass die Dinge im Leben ganz anders sind, als uns beigebracht wird“, sagte Carrapico. „Das Leben ist wie das Internet: Alles ist unsichtbar miteinander verbunden, aber wir vergessen das so oft. Wir sehen nicht, wie wir uns gegenseitig beeinflussen. Wir können diese Zusammenhänge erkennen und durch die Biologie in Veränderungen investieren, die die Welt, die wir hinterlassen, verbessern werden.“

Die Finanzierungsbemühungen für weitere Forschungen enden am Mittwoch, aber dies wird sicherlich nicht das letzte Kapitel in der Azolla-Saga sein, einer Geschichte, die lange vor der Besiedlung des Planeten durch den Menschen begann und wahrscheinlich noch lange nach unserem Verschwinden weitergehen wird.
*Korrektur (16.7.14): ClimateWire hat diesen Satz nach der Veröffentlichung überarbeitet, um falsche Kohlendioxid-Werte in der ursprünglichen Version zu korrigieren.

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