Derzeit leben etwa 7,7 Milliarden Menschen auf der Erde, bis 2050 werden es nach Schätzungen der Vereinten Nationen zehn Milliarden sein. Die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren gehört zu den großen globalen Herausforderungen – und das umso mehr, da immer neue Krankheitserreger die Ernten von Reis, Soja, Weizen und Co. bedrohen. Das ist zumindest die Warnung, die Wissenschaftler der britischen Universität Exeter im Fachblatt “Nature Food” in einem Übersichtsartikel formulieren. Die modernen Landwirtschaftssysteme, die vielerorts auf Monokulturen setzten, und der Klimawandel würden das Aufkommen neuer Pathogene fördern, die außerdem Resistenzen gegen gängige Pflanzenschutzmittel entwickelten. Die Schädlinge seien dabei bemerkenswert anpassungsfähig, heißt es in einer zweiten Studie des Forscherteams in “Nature Communications”.

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Pilzinfektionen sind besonders gefährlich für die Ernte

Eine besonders große Gefahr gehe von Pilzen und Eipilzen (Peronosporomycetes oder auch Oomyceten) aus, schreiben die Biologinnen Helen Font und Sarah Gurr in ihrem Übersichtsartikel. “Die Bedrohung von Pilzinfektionen für Pflanzen ist heute größer als die durch bakterielle und virale Krankheiten zusammen”, so Gurr in einer zum Artikel veröffentlichten Mitteilung. Pilz- und Eipilzkrankheiten hätten seit Mitte des 20. Jahrhunderts an Schwere und Ausmaß zugenommen und stellten nun ein ernsthaftes Risiko für die globale Ernährungssicherheit dar.

Welche immensen Schäden diese anrichten können, zeigt ein historisches Beispiel, das unter dem Namen “Große Hungersnot” in die Geschichte eingegangen ist: 1845 bemerkten irische Kartoffelbauern zum ersten Mal bräunliche Verfärbungen an den Blättern ihrer Pflanzen, an deren Unterseite ein weißer Pilzrasen wuchs. Die Knollen im Boden entwickelten graue Flecken und wurden schließlich schwarz und ungenießbar. Auslöser für diese Symptome, typisch für die “Kraut- und Knollenfäule”, war der Eipilz Phytophthora infestans. Dieser hatte sich von Mexiko über Nordamerika nach Europa ausgebreitet, wo er in Irland zwischen 1845 und 1849 fast die gesamte Kartoffelernte vernichtete.

Pflanzenkrankheiten könnten die Wirtschaft ruinieren

Die folgende Hungersnot kostete eine Million Menschen das Leben, was 12 Prozent der damaligen irischen Bevölkerung entsprach. Mindestens ebenso viele wanderten aus, um dem Hunger zu entfliehen. Zum Verhängnis wurde den Iren, dass die Kartoffel in jener Zeit das Hauptnahrungsmittel darstellte und meist in Monokulturen angebaut wurde. In der Folge konnten sich die Böden nicht durch den abwechselnden Anbau anderer Feldfrüchte erholen, sodass es kartoffelspezialisierte Pathogene leicht hatten, sich in den Böden zu verteilen und diese zu durchseuchen.

“In den vergangenen Jahrhunderten haben Pflanzenkrankheiten Hungersnöte ausgelöst, Wirtschaften ruiniert und Regierungen gestürzt”, fasst Sarah Gurr zusammen. Pathogene wie Phytophthora infestans veränderten sich, indem sie mutierten, würden diverser und vergrößerten somit die Gefahr einer erneuten Katastrophe. Zudem würden die Erreger ausgerechnet jene Nahrungspflanzen bedrohen, die einen Hauptteil der weltweiten Kalorienzufuhr ausmachten. Dies seien auf Grundlage von Daten der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) Reis, Weizen, Zuckerrohr, Mais, Soja und Kartoffeln.

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Schädlinge passen sich dem verändernden Klima an

Einer der gefürchteten Schädlinge ist der Pilz Phakopsora pachyrhizi. Er löst den Asiatischen Sojabohnenrost aus und kann zu Ernteausfällen von bis zu 80 Prozent führen. Extreme Wetterverhältnisse infolge des Klimawandels machten es schwerer, die Verbreitungswege des Erregers vorherzusagen. 2004 sei der Pilz etwa als blinder Passagier des Hurrikans Ivan von Kolumbien in die USA gekommen. “Wie wir gesehen haben, neigen Krankheitserreger dazu, in geeignete Klimazonen zu wandern, solange ihre Wirte vorhanden sind. Das heißt, dass Pflanzenkrankheiten wahrscheinlich Schritt halten, wenn Menschen mit veränderter landwirtschaftlicher Praxis auf den Klimawandel reagieren”, erklärt Biologin Fones dazu.

Wie gut sich Schädlinge zum Teil an veränderte Klimabedingungen anpassen können, zeigt die britische Forschergruppe in einer weiteren Studie im Fachmagazin “Nature Communications”. “Traditionell betrachten Forscher Arten entweder als Generalisten oder als Spezialisten”, erläutert Studienleiter Dan Bebber von der Universität Exeter in einer Mitteilung. Generalisten könnten vieles, seien aber in nichts richtig gut. Pflanzenschädlinge ließen sich mit diesen Kategorien nicht treffend beschreiben. “Unsere Analyse zeigt, dass viele Pflanzenschädlinge gut in einigen Dingen sind und meisterlich in anderen.”Viele seien zudem in der Lage sich rasch weiterzuentwickeln und neue Wirtspflanzen zu attackieren, berichten die Wissenschaftler weiter.

Von Sperrzonen bis zu Rodungen ganzer Plantagen

Die Nahrungsmittelsicherheit eines Landes hängt aber auch indirekt von wichtigen Exportpflanzen wie Kaffee, Tomaten oder Bananen ab. Letztere werden seit 1990 vom Pilz Fusarium oxysporum TR4 bedroht, der sich von Südostasien aus in die Hauptanbaugebiete Mittelamerikas ausgebreitet hat, erläutern die Forscher im Übersichtsartikel. Befallene Pflanzen können weder Wasser noch Nährstoffe transportieren, verwelken und sterben ab. Die Seuche ist auch deshalb so gefährlich, weil die Bananensorte “Cavendish” mehr als 95 Prozent des globalen Bananenhandels ausmacht – und eben “Cavendish” dem Schlauchpilz nichts entgegensetzen kann.

Kein Wunder also, dass Kolumbien im vergangenen Jahr Sperrzonen einrichtete, befallene Plantagen rodete und den nationalen Notstand ausrief, als der Schädling das Land erreichte. Denn schon lange ist bekannt, was die vom Pilz ausgelöste “Panama-Krankheit” anrichten kann. In den 1950-er Jahren machte ein Verwandter des aktuellen Pilzes der Bananensorte “Gros Michel” den Garaus. “Gros Michel” war auf dem Weltmarkt ähnlich dominierend wie heute “Cavendish” schreiben die Forscher.

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Schädlinge verstehen und Schutzmodelle entwickeln

Es ist den Wissenschaftlern zufolge unter anderem diese Uniformität moderner Agrarökosysteme, welche die Bekämpfung von Pathogenen erschwert: Der Rückgang an Vielfalt habe das Aufkommen neuer Erregerstämme bewirkt, die über neue Resistenzen gegenüber herkömmlichen Pflanzenschutzmitteln verfügten. Ähnlich äußert sich auch Matin Qaim, Agrarökonom und Leiter des Lehrstuhls für Welternährungswirtschaft an der Universität Göttingen: “Verengte Fruchtfolgen mit wenig Diversität und im Extremfall Monokulturen führen im Zeitablauf häufig zu größeren Problemen mit Pflanzenkrankheiten und Schädlingen.”

Für die Forscher um Fones ist es entscheidend, die verschiedenen Pathogene, ihre jeweiligen Lebenszyklen und ihre Anpassung an klimatische Veränderungen so gut wie möglich zu verstehen, um exaktere Modelle zur Vorhersage von Pflanzenkrankheiten zu entwickeln. Was bessere Modelle leisten können, zeigt ein Beispiel aus Deutschland. So werden am Institut für Phytopathologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel integrierte Pflanzenschutzmodelle für Weizen, Mais, Raps und Zuckerrüben erstellt.

Messen, wann die Gefahr die Felder erreicht

“Mit den IPS-Modellen können wir unseren Landwirten schon jetzt auf einen Quadratkilometer genau sagen, wann welcher Erreger kommt”, führt Agrarwissenschaftler Joseph-Alexander Verreet aus. Mit diesem Wissen sei es möglich, Pflanzenschutzmittel gezielt dann zu spritzen, wenn es epidemiologisch Sinn habe, anstatt diese prophylaktisch und nach Routine einzusetzen.

Für Verreet ist neben detaillierten Prognosemodellen auch die Forschung und Züchtung resistenter Sorten wichtig. Das Problem: Je nach Pflanze kann eine solche Züchtung zehn bis 20 Jahre dauern, während sich die entsprechenden Erreger aber zum Teil schon innerhalb von vier Jahren an die neuen Resistenzgene anpassen und diese damit unwirksam machen. Deswegen plädieren auch Fones und Gurr dafür, Techniken einzusetzen, die schnellere Ergebnisse erzielen, etwa die Genschere Crispr.

Den chemischen Pestizideinsatz senken

Mit ihr ist das so genannte “Genome Editing”, also das Umschreiben des Erbguts vergleichsweise einfach und preisgünstig möglich – eine Strategie, die auch Matin Qaim hervorhebt: “Neue digitale Technologien und neue Züchtungstechnologien – wie die Genschere – können eine sehr wichtige Rolle für nachhaltige Schädlingsbekämpfung spielen und den chemischen Pestizideinsatz senken.”

Allerdings fallen diese und weitere Genomeditierungs-Verfahren durch ein Urteil des Europäischen Gerichtshofs von Juli 2018 unter die rechtlichen Regelungen für “genetisch veränderte Organismen” – eine Entscheidung, die etwa nach Ansicht der deutschen Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina die Erforschung, Entwicklung und Anpassung verbesserter Nutzpflanzen in Europa erschwere, wie es in einer Stellungnahme dazu heißt.

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Wechselnde Fruchtfolgen statt Monokultur

Gleichzeitig muss aber vielleicht auch die Erwartungshaltung an die moderne Landwirtschaft gesenkt werden. Denn, so betont Agrarwissenschaftler Verreet: “Resistenzzüchtung ist immer negativ korreliert mit Ertragsleistung.” In den kommenden 50 Jahren werde sich dieses Verhältnis zwar verbessern, allerdings nur, wenn es gelinge, “phytosanitäre Anbausysteme”zu gestalten. “Das fängt mit der Sortenwahl an: Zunächst sollten nach Möglichkeit resistente Sorten gewählt werden”, führt Verreet aus.

Positiv wirke sich auch eine wendende Bodenbearbeitung aus, bei der die Böden – im Unterschied zur heute häufig üblichen Minimalbodenbearbeitung – mit einem Pflug bearbeitet werden. Gepflanzt werden sollte dann nicht in Monokultur, sondern mit wechselnden Fruchtfolgen. Schon diese Maßnahme würde weltweit den Einsatz chemotherapeutischer Pflanzenschutzmittel reduzieren. “Dieser sollte dann tatsächlich am Ende des Systems stehen.” Ganz ohne diese geht es nach Ansicht von Verreet aber nicht: “Ohne Chemie werden wir keine zehn Milliarden Menschen ernähren können.”

RND/dpa