Pflanzliche ‘Staubsauger’ ziehen Schwermetalle aus dem Boden

Hallenser Wissenschaftler suchen nach neuen Wegen der Säuberung verseuchter
Böden
Keimlinge von Arabidopsis thaliana und Arabidopsis halleri, die auf
Nährböden mit (+Cd) und ohne (-Cd) Cadmium kultiviert wurden. Während
Halleri auf cadmiumhaltigem Boden prächtig gedeiht, mickert Thaliana vor
sich hin.

Schwermetalle im Boden stellen den Menschen vor zunehmende Probleme. Vor
allem die Düngung von Ackerflächen mit industriellen Klärschlämmen sorgt dafür,
dass sich die natürlicherweise eher selten vorkommenden toxischen Metallverbindungen
immer mehr in den oberen Bodenschichten anreichern.

Dort bleiben sie, denn sie sind nicht abbaubar. Oder sie werden von Pflanzen
aufgenommen und gelangen so in die menschliche Nahrungskette. Stephan Clemens
vom Institut für Pflanzenbiochemie in Halle forscht an sogenannten Metallhyperakkumulierern.
Das sind Pflanzen, die Schwermetalle von Natur aus besser tolerieren als andere.
Mit dem Wissen um die allgemeinen Mechanismen der Metallaufnahme und -speicherung
bieten sich bald elegante Lösungswege, schwermetallverseuchte Böden von ihrem
Übel zu befreien. Arabidopsis halleri ist eine enge Verwandte der genetischen
Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Man findet Hallerie auf mittelalterlichen
Bergbauhalden im Harz. Im Gegensatz zu ihrer wohlerforschten “Schwester” Thaliana
toleriert und speichert Hallerie Cadmium und auch Zink. In ihrer genetischen
Information sind die beiden Arten jedoch weitgehend identisch, d.h. Hallerie
besitzt keine spezielle Luxusausstattung an Toleranzgenen. Die Ursachen für
diese Unterschiede in der Fitness sind eher quantitativer Natur. Beim Aktivitätsvergleich
mehrerer tausend Gene fanden die Hallenser Wissenschaftler, dass in der metalltoleranten
Halleri etwa 20 Gene stärker angeschaltet werden als in Thaliana. Das heißt:
Innerhalb der Pflanzenzellen werden spezielle Eiweiße, die für die Schwermetalltoleranz
offenbar bedeutsam sind, in viel größeren Mengen hergestellt. Einige dieser
Gene tragen u.a. die Information von Eiweißen, die an der Herstellung bestimmter
Metalltransporter beteiligt sind. Andere der stärker aktivierten DNS-Abschnitte
sind in ihrer Funktion noch gänzlich unbekannt. Deren Aufklärung ist die nächste
zu nehmende Hürde für Clemens und Kollegen. Mit dem Wissen um die Funktion
der Gene könnte man schnell wachsende Pflanzen gentechnisch derart verändern,
dass sie besonders viel der toxischen Schwermetalle in ihren Blättern speichern.
Diese Pflanzen würde man auf den verseuchten Böden aussähen und nach der Wachstumsphase
einfach abernten. Mit ihnen ein Großteil der giftigen Stoffe. Diese Form der
Dekontamination wird in Fachkreisen Phytoremediation genannt. Nach dem Verbrennen
der abgeernteten Pflanzen könnte man die Schwermetalle in hochkomprimierter
Form deponieren. (Bisher löst man das Problem, indem man den verseuchten Boden
etwa einen Meter tief abträgt und im Ganzen einlagert.) Zweitens gilt es Pflanzen
zu “erschaffen”, die besonders wenig der toxischen Verbindungen aufnehmen.
Dazu gehört u.a. Tabak, der in gewissen Mengen Cadmium speichert. Cadmium
schädigt Lungen und Nieren und gilt als potentiell krebserregend. Der Konsum
von etwa 35 Zigaretten am Tag genügt, um die von der WHO vorgeschriebenen
Grenzwerte an aufgenommenem Cadmium zu erreichen. Andere Arbeitsgruppen, die
Cadmiumtoleranz bei Tabak untersuchen, erhalten daher einen Teil ihrer Forschungsgelder
vom Tabakkonzern Philipp Morris. Eine dritte praktische Anwendung ist die
Anreicherung von lebenswichtigen Metallen in Kulturpflanzen. Eisenmangel stellt
besonders für die dritte Welt ein ernstes Problem dar, weil Reis nur ganz
wenig davon speichert. Verschlimmernd kommt hinzu, dass Reis auch Cadmium
enthält. Da Eisen und Cadmium im Darm durch die gleichen Mechanismen resorbiert
werden, fällt eine gewisse Konzentration an Cadmium im Reis viel schwerer
ins Gewicht als dieselbe Menge des toxischen Metalls in einer anderen Frucht;
durch das Fehlen des konkurrierenden Eisens gelangt beim Verzehr von Reis
viel mehr Cadmium ins Blut. Theoretisch sollten deshalb die Grenzwerte an
Cadmiumkonzentrationen für Reisäcker viel niedriger liegen als für Gerstenfelder.
Jüngsten Schätzungen zufolge müssten demnach allein in Japan etwa 500.000
Hektar Reisanbaufläche “cadmiumgereinigt” werden.