Planten kunnen veel meer voedsel, energie en bruikbare biomassa leveren, dankzij een verbeterde versie van fotosynthese. De ‘motor’ van de plant kan spectaculair worden opgevoerd, blijkt uit internationaal onderzoek. Maar waarom gebeurt het dan nog niet? De Belgische krant De Morgen deed er onderzoek naar.
Wetenschappers onder leiding van Stephen Long aan de universiteit van Illinois (VS) publiceerden onlangs in vakblad Science de uitkomsten van experimenten met tabaksplanten. Zij wisten de opbrengst van de tabaksplant te verhogen met 15 procent. In veredelingstermen een megastap. De crux is dat licht de fotosynthese aandrijft en dus goed is voor de plant, maar te veel licht niet. Als een plant in de volle zon staat, wordt een deel van de lichtenergie afgevoerd en niet gebruikt voor fotosynthese. Het proces wordt als het ware teruggeschakeld, en weer in een hogere versnelling gezet als het licht minder wordt. Een plant die in flikkerlicht staat, is dus voortdurend aan het schakelen. Als het licht minder wordt, duurt het even voor de plant zijn fotosynthese in een hogere versnelling heeft gezet. Dat opschakelen gaat in de ene plantensoort traag en in de andere juist snel. De onderzoekers ontdekten wat het verschil maakt, en bouwden zo’n snelle schakelbak in bij tabaksplant. Met spectaculair resultaat.
Photosynthesis 2.0
Stephen Long werkt niet alleen in de VS, maar ook in Groot-Brittannië, en maakt deel uit van een groot consortium dat nu op poten wordt gezet, met onderzoekers van 48 instellingen in zeventien landen. Zij zijn druk doende het onderzoeksprogramma Photosynthesis 2.0 gefinancierd te krijgen in het volgende kaderprogramma van de Europese Unie, dat in 2020 begint. Een resultaat als dat van Long helpt daarbij, zegt René Klein Lankhorst van Wageningen Universiteit, een van de initiatiefnemers: “Het laat zien hoeveel vooruitgang je kunt boeken door aan fotosynthese te sleutelen. En het is niet het enige spectaculaire resultaat. Onze Britse collega Christine Raines heeft gekeken naar een enzymcomplex in een heel ander deel van de motor. Ze heeft de werking daarvan weten te versnellen, wat leidde tot een opbrengstverhoging van 30 procent. En er zijn nog tal van andere plaatsen in de motor waaraan je zou kunnen sleutelen.”
Woestijnplanten
Maar daarmee ben je er nog lang niet, waarschuwt Klein Lankhorst. “Spectaculaire versnellingen van de fotosynthese vind je niet alleen in de jongste wetenschap, maar ook in de natuur. In de formule 1 van de fotosynthese zitten woestijnplanten. De zaden van die planten moeten soms jaren wachten op een beetje regen. En als die regen dan komt, moeten ze in een paar weken álles doen: kiemen, wortel schieten, stengel, blad en bloem vormen en nieuwe zaden verspreiden. Klein Lankhorst: “Dat is ongelooflijk, die planten zíé je groeien als het ware. Maar voor die woestijnplant is dat noodzaak. En om alles te zetten op die supersnelle groei, heeft hij andere bezigheden overboord gezet die voor hem minder belangrijk zijn, zoals de afweer tegen ziekten. Dus je kunt niet zomaar wat genen van die woestijnspecialist overzetten in onze gewassen. Je moet heel goed kijken wat je doet. Maar zeker is dat fotosynthese veel sneller kán.”
Voedselbehoefte
Een verdubbeling van de productie zou al antwoord bieden op de voedselbehoefte van de groeiende wereldbevolking en op de vraag naar biomassa voor een groene economie. En een verdubbeling zou een wereld van verschil maken in het klimaat. In het klimaatakkoord van Parijs staat dat de wereldwijde uitstoot van CO2 moet worden verminderd met 20 gigaton per jaar. In de fotosynthese van landbouwgewassen wordt wereldwijd 14 gigaton CO2 per jaar gebruikt. Als je de fotosynthese kunt versnellen, kan de extra opname van CO2 een aanzienlijke bijdrage leveren. Het scheelt volgens schattingen netto zo’n 4 gigaton CO2 per jaar. En toch blijkt het niet eenvoudig om onderzoek naar het versnellen van fotosynthese gefinancierd te krijgen. Wel is het Europese gesternte wat beter geworden: de Commissie heeft met het oog op de grote wereldproblemen (voedsel, energie, klimaat) opbrengstverbetering in de landbouw tot prioriteit verklaard. Onderzoek naar fotosynthese past daarin.
Klein Lankhorst: “Voor de hand liggende kandidaten, zoals energiebedrijven, krijg ik er niet warm voor. Die kijken naar een paar windmolens en een veld zonnecellen hier en daar, en dan houdt het op. De chemische sector heeft straks veel meer biomassa nodig, als we naar een groene chemie willen. En je wilt daarvoor niet de concurrentiestrijd aangaan met de voedselproductie, want die strijd verlies je. Wij kunnen zorgen dat die biomassa er straks zal zijn. Maar ze hebben geen belangstelling. Het verminderen van de klimaatrisico’s is van levensbelang voor verzekeraars. Maar investeren in onderzoek naar het verminderen van die risico’s zullen ook zij niet doen.”
Zaadveredelaars
Bedrijven die straks zeker vruchten plukken van het sleutelen aan de motor van de fotosynthese zijn de zaadveredelaars. Maar zelfs die komen niet over de brug. Nóg niet. Ze zien de mogelijkheden gloren, maar voorbij hun tijdshorizon. “Goed plan, zeggen veel bedrijven, kom over vijf jaar maar eens terug.”
“We weten zeker dat we enorme vooruitgang zullen boeken”, zegt Klein Lankhorst. “Maar we hebben tien tot vijftien jaar nodig om tot bruikbare en verantwoorde toepassingen te komen. Je wilt bijvoorbeeld niet dat als je de fotosynthese versnelt, je gewas meer water en kunstmest nodig heeft. Want door de klimaatverandering zal voor landbouw juist minder water beschikbaar zijn. “Maar succes gaat er komen. En heel veel geld hebben we niet nodig, zeker niet in vergelijking met andere takken van wetenschap, zoals deeltjesfysica of kernfusie. Voor een internationaal onderzoeksprogramma naar fotosynthese is ongeveer 1 miljard nodig voor tien jaar.”
Bron: De Morgen. Foto: Mario Bentvelsen.
