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Pflanzen sind grundlegend für das Leben auf unserem Planeten und beeinflussen unser Leben tiefgreifend. Die Pflanzenwissenschaften erforschen, wie Pflanzen sich auswirken auf unsere Ernährung, Gesundheit und auf die Umwelt; beispielsweise in der Landwirtschaft, der Medizin, bei der Erhaltung der Artenvielfalt und der Ökosysteme. Sie sind damit eine treibende Kraft bei der Gestaltung einer gesünderen und nachhaltigeren Zukunft. In den vergangenen 25 Jahren gab es viele Entdeckungen in den Pflanzenwissenschaft – von der Genetik bis zur Bodenökologie. Technologische Entwicklungen wie etwa die Genomsequenzierung oder Visualisierungstools haben die Pflanzenwissenschaften verändert. Dazu fünf Beispiele:
Fortschritte in der Gentechnik und Genomanalysen haben die Züchtung von Kulturpflanzen revolutioniert. Dank Molekularbiologie und ausgeklügelten Anbaumethoden können sie so angepasst werden, dass sie resistenter gegen Schädlinge und Krankheiten sind, höhere Erträge erbringen und mehr Nährstoffe enthalten. Wie beispielsweise Pflanzen, die besonders proteinreich sind und damit eine Alternative zu Fleisch bieten. Das ist ökologisch sinnvoll und gleichzeitig ein Beitrag an die Ernährungssicherheit.
Pflanzen sind wertvolle Quellen für pharmazeutische Verbindungen, die als Basis für Medikamente dienen. Ein Beispiel ist Paclitaxel (Taxol), das zur Krebsbehandlung eingesetzt wird. Es wurde 1966 am Research Triangle Institute von North Carolina USA) entdeckt. Viele der pflanzlichen Heilmittel sind indigenen Ursprungs und ihre Wirkungsmechanismen sind noch wenig erforscht. Ein neues SNF Forschungsprojekt am Institut für Systematische und Evolutionäre Botanik der UZH untersucht und dokumentiert lokales Wissen und kulturelle Praktiken zur Verwendung von Heilpflanzen in Uganda und der Schweiz. Das von Caroline Weckerle geleitete SNF-Projekt hat zum Ziel, den Anbau und Schutz von Heilpflanzen zu verbessern.
Pflanzenwissenschaftler:innen erforschen die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben, um die Bodenfruchtbarkeit zu verbessern und den Bedarf an Düngemittel zu verringern. Pflanzen werden auch eingesetzt, um die Umweltverschmutzung zu reduzieren und kontaminierte Standorte zu reinigen (Phytoremediation).
Die Forschungsgruppe von Leo Eberl am Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie der UZH hat einen Bakterienstamm im Boden entdeckt, der Tomatenpflanzen vor Krankheiten schützt. Diese Bakterien können in die natürliche biotische Schutzschicht, die sich als Biofilm um Pflanzenwurzeln bildet, eindringen und sich stabil ansiedeln. Das ist relevant für den Einsatz von Mikroben als Biodünger, denn häufig werden zugesetzte Bakterienstämme von den natürlich vorkommenden Bakterien eliminiert.
Die Pflanzenwissenschaften haben das Wissen über Ökosysteme und Biodiversität erweitert. So kann heute mit KI-gestützten Modellen vorhergesagt werden, wie sich der Klimawandel oder eine veränderte Landnutzung auf Ökosysteme und die Artenvielfalt auswirken. Dieses Wissen ist für die Bewältigung des Klimawandels von entscheidender Bedeutung, weil Pflanzen eine zentrale Rolle spielen bei der Bindung von Kohlenstoff und der Regulierung des Klimas.Derzeit sind rund 400‘000 Pflanzenarten bekannt. Jährlich werden 2‘000 weitere entdeckt. Jede Pflanze interagiert mit anderen Organismen und bildet komplexe Beziehungen wie Bestäubung, Verbreitung, Nährstoffaufnahme, die die Gesundheit und das Überleben der Pflanzen bestimmen. Mithilfe von modernen Sequenziermethoden lassen sich heute viele tausend Bakterien- und Pilzarten identifizierten. Dennoch steckt die Untersuchung pflanzlicher Mikrobiome noch in den Kinderschuhen. Ganz zu schweigen von der Vielzahl an Viren, die mit ihren Wirtspflanzen auf vielfältige Weise interagieren. Solche Informationen sind von unschätzbarem Wert bei der Bewältigung von Problemen, die sich durch neu auftretende Schädlinge und Krankheiten oder eingeführte und invasive Arten ergeben.
Die Fähigkeit sich anzupassen und die Evolution der Pflanzen ist faszinierend. Ein bemerkenswertes Beispiel ist die Beziehung zwischen Blütenpflanzen und Bestäubern. Blütenpflanzen haben verschiedene Mechanismen entwickelt, um Bestäuber wie Bienen, Schmetterlinge oder Vögel anzulocken. Gleichzeitig haben Bestäuber spezielle Verhaltensweisen und Werkzeuge entwickelt, um effizient auf Nektar oder Pollen zuzugreifen. Dieser komplizierte Tanz aus Anpassung und Selektion hat zu der unglaublichen Vielfalt an Blütenstrukturen, Farben und Düften geführt, die in der Pflanzenwelt zu beobachten sind. Die Pflanzenwissenschaften tragen dazu bei zu verstehen, wie die natürliche Selektion, die genetischen Variation und die Anpassung innerhalb von Pflanzenpopulationen funktionieren. Das hilft, die Prozesse zu verstehen, die die Artenvielfalt und Ökosysteme prägen.
Die Forschungsgruppe von Florian Schiestl am Institut für Systematische und Evolutionäre Botanik der UZH hat herausgefunden, dass abhängig vom Bodentyp sich das Aussehen und der Duft von Blüten ändern und damit auch die Anzahl der Bienenbesuche. Das ist vor allem relevant für die Evolution der Pflanzen, weil so neue Ökotypen entstehen.
