Klimawandel und Umweltverschmutzung gefährden die Ernährung von Milliarden von Menschen auf unserem Planeten: Drastische Wetterveränderungen wie Hitzewellen, Starkregen und Stürme nehmen zu. Die Folge sind langanhaltende Dürreperioden, Überschwemmungen und Flutkatastrophen, welche wiederum zu schlechter Bodenqualität, stärkerer Erosion und somit einer verringerten landwirtschaftlichen Produktion führen. Darüber hinaus gehen die Verseuchung ganzer Landstriche durch Gifte und Rückstände aus der chemischen Industrie, die zunehmende Vermüllung, aber auch die Auslaugung von Böden infolge intensiver Landnutzung mit dem Verlust von fruchtbaren Flächen einher. Im Jahr 2021 zählte die Welternährungsorganisation über 820 Millionen Menschen, die von Hunger betroffen waren, das sind etwa 150 Millionen mehr als noch im Jahr 2019.

Der direkte Einfluss von Treibhausgasen auf unser Klima und die daraus resultierenden physikalischen Effekte wie die globale Erwärmung oder der Anstieg des Meeresspiegels sind hinlänglich bekannt. Weniger bekannt und dennoch seit langem erforscht sind die Veränderungen, die in Pflanzen durch steigende CO2-Konzentration in der Atmosphäre hervorgerufen werden.

Wieso verändert sich der Nährstoffgehalt der Pflanzen?  

Wer noch Erinnerungen an den Biologieunterricht hat, weiß, dass Pflanzen CO2 für ihr Wachstum benötigen. Somit wäre es naheliegend, davon auszugehen, dass mehr CO2 in der Luft zu einem stärkeren Pflanzenwachstum führt. Eigentlich eine gute Sache – doch schon hier steckt der Teufel im Detail. Denn eine „CO2-Düngung“ kann nur dann zu stärkerem Wachstum führen, wenn gleichzeitig genügend Stickstoff und/oder Wasser zur Verfügung stehen. Außerdem tritt der Effekt nicht bei allen Pflanzen in gleichem Maße auf. So sind eingeschleppte Arten oft empfänglicher für eine CO2-induzierte Wachstumssteigerung, was langfristig dazu führt, dass sie einheimische Arten verdrängen.1 

Neben einem veränderten Wachstum können erhöhte CO2-Level jedoch noch andere Effekte auf Pflanzen haben. Diese können in sogenannten FACE (Free Air Carbon Dioxide Enrichment) Experimenten untersucht werden. Eine FACE-Anlage benutzt spezielle Ringe oder Türme, die um eine Testfläche im Freien angeordnet sind. Diese geben gezielt Kohlendioxid ab, um zu erforschen, wie die Pflanzen auf höhere CO2-Konzentrationen reagieren. Der Vorteil der FACE-Methode gegenüber Experimenten in Gewächshäusern besteht darin, dass sie das restliche Mikroklima um die Pflanze herum nicht verändert. Sie bietet somit eine präzisere Möglichkeit, abzuschätzen, wie sich das Pflanzenwachstum in der Zukunft verändern wird, wenn die CO2-Konzentration in der Atmosphäre steigt. 

Ziska fasst die Ergebnisse aus mehreren solcher Feldversuche zusammen und zeigt so, dass der Gehalt an lebenswichtigen Mineralstoffen und Spurenelementen wie Eisen, Zink, oder Magnesium in verschiedenen Nutzpflanzen signifikant abnahm. Außerdem sank der pflanzliche Proteingehalt, während der Kohlenhydratgehalt, zum Beispiel in Form von Stärke, zunahm. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind dabei noch nicht vollständig geklärt. Die Effekte waren jedoch bereits bei einer CO2-Erhöhung um 100 bis 200 ppm messbar. Moderate Prognosen rechnen damit, dass die CO2-Konzentration der Atmosphäre von derzeit ca. 420 ppm auf 550 ppm im Jahr 2050 steigen wird, woraus geschlossen werden kann, dass unsere pflanzlichen Nahrungsmittel schon in naher Zukunft deutlich weniger nährstoffreich sein könnten. Doch nicht nur die generelle Abnahme, sondern auch die Verschiebung der Nährstoffzusammensetzung hin zu mehr Kohlenhydraten könnte negative Folgen für die Gesundheit haben. So gibt es deutliche Hinweise darauf, dass der Ersatz von Nahrungsprotein durch Kohlenhydrate das Risiko für Bluthochdruck, Fettstoffwechselstörungen und koronare Herzkrankheit erhöht.2

Doch was bedeuten all diese Erkenntnisse für die vielen Menschen, deren Ernährungssicherheit gefährdet ist?

Ziska führt aus, dass Pflanzen den Großteil der globalen Nährstoffe liefern: 63 Prozent des Nahrungsproteins, 81 Prozent des Eisens und 68 Prozent des Zinks.3 Wie eine Studie aus dem Jahr 2017 ergeben hat, könnte eine Verringerung der pflanzlichen Nährstoffdichte die Häufigkeit und den Schweregrad von Nährstoffmangel auf globaler Ebene erheblich beeinflussen, und das in einer Zeit, in der schätzungsweise bereits über zwei Milliarden Menschen unter Mangelernährung leiden. Von den Nutzpflanzen, die in den zuvor genannten Experimenten untersucht wurden, waren zum Beispiel Reis und Weizen am stärksten von dem Verlust an Protein betroffen. Für viele Menschen in Asien oder im Nahen Osten sind dies jedoch die zwei wichtigsten Grundnahrungsmittel. Folglich wären sie besonders stark von den beschriebenen Effekten betroffen. Eine US-amerikanische Modellstudie aus dem Jahr 2015 wiederum prognostiziert, dass die Zahl der an Zink-Mangel leidenden Menschen bis zum Jahr 2050 um weitere 138 Millionen zunehmen könnte. Tragischerweise wird sich dieses Problem vor allem in den Regionen der Welt verschärfen, die bereits jetzt überproportional stark von Nährstoffmangel betroffen sind.

Doch nicht nur für den Menschen könnte ein CO2-bedingter Nährstoffmangel zum Problem werden. Pflanzen stehen am Anfang der globalen Nahrungsmittelketten und sind somit Energielieferanten für die meisten anderen Lebewesen. Ziska betont daher, dass verminderte Nährstoffkonzentrationen in Pflanzen weitreichende Folgen für die Biodiversität und die Stabilität von Ökosystemen haben könnten.

Gibt es eine Lösung?

Um mit diesem tiefgreifenden und doch oft übersehenen Effekt des menschengemachten Klimawandels umzugehen, müssen wir zunächst ein besseres Verständnis für die zugrundeliegenden Mechanismen entwickeln. Hierzu braucht es laut Ziska vor allem eine stärkere Kooperation zwischen Wissenschaftlern verschiedener Disziplinen, wie zum Beispiel Ökologen, Ernährungswissenschaftlern, aber auch Lebensmittelproduzenten und Ökonomen. Nur so können wir aussagekräftige Modelle etablieren, mit deren Hilfe wir die Effekte steigender CO2-Konzentrationen auf das pflanzliche Ökosystem vorhersagen und interpretieren können. Auch die gezielte Züchtung von Pflanzen, die weniger anfällig für CO2-induzierte Nährstoffschwankungen sind, wäre denkbar. Vor allem aber bedarf es einer erhöhten Aufmerksamkeit für das Thema seitens der Politik und deutlich stärkeren Investitionen in die Erforschung der gesamten gesundheitlichen Folgen des Klimawandels.