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Transgene Bäume: Pollenflug „Tausende von Kilometern“

Pollenflug über weite Distanzen ist bei der Bewertung gentechnisch veränderter Pflanzen ein noch wenig erforschtes Gebiet. Selbst bei vergleichsweise gut untersuchten Arten wie Mais wurden Tests lange nur in Bereichen von bis zu einem Kilometer Entfernung durchgeführt.
Transgene Bäume: Pollenflug „Tausende von Kilometern“

Transgene Pappeln

 

Forschung an transgenen Bäumen

Neben Nutzpflanzen wie Soja, Mais, Raps und Baumwolle geraten seit geraumer Zeit auch verschiedene Baumarten in das Visier gentechnischer Forschung und Entwicklung. Die hohe Biomasseleistung vieler Baumarten macht sie aus Industriesicht z.B. interessant für die Produktion von Agrar-Kraftstoffen der zweiten Generation. Mehrere hundert Freilandversuche wurden weltweit bereits durchgeführt. So genehmigte die US-Landwirtschaftsbehörde (USDA) im Jahr 2010 die Freisetzung von mehr als 200.000 transgenen Eukalyptusbäumen an 28 Standorten in sieben US-Bundesstaaten. Insgesamt sollen die Bäume auf einer Gesamtfläche von 120 Hektar gepflanzt werden.
Aus verschiedenen Gründen stellen transgene Bäume jedoch eine besondere Herausforderung für die ökologische Risikobewertung dar:

  • anders als Nutzpflanzen wie Mais können die nicht oder nur wenig domestizierten Baumarten leicht in der Natur überleben;
  • anders als die meist einjährigen Nutzpflanzen verbreiten Bäume Pollen über viele Jahre;
  • viele Baumarten produzieren sehr große Pollenmengen;
  • Baumpollen gelangen schnell in hohe Luftschichten und können damit über deutlich weitere Distanzen getragen werden als der Pollen von Nutzpflanzen.

 

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die Einbringung transgener Bäume in die Umwelt mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Kontamination natürlicher Wälder mindestens in Dutzenden, wenn nicht in Hunderten Kilometern Entfernung führen wird.

 

Kiefernpollen in über 40 Kilometern Entfernung und 600 Metern Höhe

In den USA wurden und werden bereits zahlreiche Freisetzungsversuche mit gentechnisch veränderten Kiefernarten, unter anderem der in Nordamerika vorkommenden Weihrauchkiefer (Pinea tadea) durchgeführt. Ziel ist die Optimierung der Pflanze für die intensive Forstwirtschaft.
In einer jüngst im American Journal of Botany veröffentlichten Studie (Williams 2010) wird anhand von P. tadea gezeigt werden, dass befruchtungsfähiger Pollen dieser Kiefernart noch in 41 Kilometern Entfernung von der Pollenquelle nachgewiesen werden kann. Obwohl die Befruchtungsfähigkeit der Pollen in dieser Entfernung erwartungsgemäß verringert war, erwiesen sich immer noch bis zu 57 Prozent der Pollen als fertil. Daraus kann gefolgert werden, dass befruchtungsfähiger Pollen in noch deutlich größere Entfernungen verfrachtet wird.
Die Pollen waren der Untersuchung zufolge bis in eine Höhe von 600 Metern nachweisbar. Bei den in diesen Höhen herrschenden Windgeschwindigkeiten können Partikel wie Pollen innerhalb weniger Stunden über weite Distanzen verweht werden. Laut Literatur können Kiefernpollen von innerhalb von drei Stunden bis zu 60 Kilometer Entfernung zurücklegen. Die Autorin weist zudem darauf hin, dass unter den Bedingungen des Klimawandels mit höheren Windgeschwindigkeiten und, zumindest im Fall der Weihrauchkiefer, mit wesentlich mehr Samenbildung (bei P. tadea bis zum dreifachen) gerechnet werden muss.

 

Modell: Fertiler Pollen noch in „tausenden Kilometern“ Entfernung

In einer weiteren Studie (Bohrerova et al. 2009) wird auf der Basis eines Modells gezeigt, dass die Lebensfähigkeit von P. tabea – Pollen auch nach 24 Stunden unter natürlichen Bedingungen nur um die Hälfte reduziert wird. Auch nach zwei Tagen ist laut den Autoren noch ein bedeutender Anteil der Kiefernpollen befruchtungsfähig. In entsprechende Luftschichten verfrachtet könnte fertiler Baumpollen in dieser Zeit in hunderte, wenn nicht tausende Kilometer Entfernung verfrachtet werden. Insbesondere Pollen von Kiefernarten wie P. tadea scheinen außerordentlich widerstandsfähig gegen abiotische Stressfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und UV-Einstrahlung zu sein. Besondere Brisanz bekommt der Pollenflug als Kontaminationsquelle aufgrund der Tatsache, dass bei Kiefern Fremdbefruchtung praktisch obligatorisch ist. Die weiblichen Teile der Kiefern sind rezeptiv bevor eigene Pollen gebildet werden.

Die vorliegenden Studien legen die Schlussfolgerung nahe, dass bereits ein einziger Freisetzungsversuch mit offen blühenden transgenen P. tadea-Bäumen (oder anderen Kiefernarten) ausreichen könnte, um natürliche Forst-Ökosysteme noch in hunderten Kilometern Entfernung zu kontaminieren.

 

Literatur

Bohrerova, Z., Bohrer, G., Cho, K.D., Bolch, M. A., Linden, K. G. (2009) Determining the viability response of pine pollen to atmospheric conditions during long-distance dispersal. Ecological Applications, 19 (3): 656-667.

Fénart, S., Austerlitz, F., Cuguen, J., Arnaud, J.-F. (2007) Long distance pollen-mediated gene flow at a landscape level: the weed beet as a case study. Molecular Ecology, 16: 3801–3813.

Matus-Cadiz, M.A., Hucl, P., .Horak, M.J., Blomquist, L.K. (2004) Gene flow in wheat at the field scale. Crop Science, 44: 718–727.

Williams, C. (2010) Long distance pine pollen still germinates after meso-scale dispersal. American Journal of Botany, 97: 846-855.

 

Foto: Greg Grieco, Penn State

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