Revolution der künstlichen Intelligenz in der Lebensmittelproduktion

Ist es möglich, klimafreundliche Bananen, weniger Wasser benötigenden Reis oder Kartoffeln zu produzieren, die die Lebensmittelverschwendung reduzieren? Die Nahrungsmittelproduktion stellt eine enorme Belastung für das Ökosystem dar. Artefaktverluste aufgrund mehrerer gleichzeitiger Stürme, Dürren und Hitzewellen gefährden ernsthaft die Ernährungssicherheit der wachsenden Weltbevölkerung.

Wie in einem Bericht des World Resources Institute (WRI) hervorgehoben wird, steht die Welt vor einem großen Dilemma: Um eine wachsende Bevölkerung zu ernähren, ist mehr Produktion erforderlich, ohne mehr Ressourcen und Land zu verbrauchen. „Es gibt ein 50-prozentiges Defizit zwischen der Menge an Nährstoffen, die wir heute produzieren, und dem Nährstoff, den wir brauchen, um die Menschen bis 2050 ausreichend zu ernähren“, sagt Janet Ranganathan, WRI-Ernährungswissenschaftlerin und Mitautorin des Berichts.

Die Dürre in Italien wirkte sich letztes Jahr negativ auf die Reisproduktion aus. Foto: Mauro Ujetto/NurPhoto/picture Alliance

Dürrestarker Reis

Mithilfe künstlicher Intelligenz und des CRISPR-CAS9-Signalwegs namens Genschere wollen Wissenschaftler überlegene klimafeste landwirtschaftliche Produkte entwickeln, die höhere Erträge liefern und weniger Ressourcen für den Anbau benötigen. Dazu wird die genetische Struktur von Pflanzen durch „Genome Editing“ verändert. Am Ende des Prozesses stehen gentechnisch veränderte Organismen, kurz „GVO“ genannt.

Nehmen wir zum Beispiel Reis. Extreme Dürren in weiten Teilen der Welt, sei es in Italien, China oder Pakistan, führen zu enormen Verlusten bei der Reisernte. Dies stellt ein großes Problem für Reis dar, der normalerweise eine schwimmende Pflanze ist und selbst eine durstige Pflanze ist. Laut Gentechnikern könnte eine neue Reissorte helfen, dieses Problem zu lösen: Die Reissorte namens „IR64“ wird vor allem in den Regionen der südlichen Hemisphäre, darunter Indien, Indonesien, Mauretanien, Mosambik, Vietnam und der Sahelzone in Westafrika, angebaut und von dort aus in die ganze Welt vermarktet.

Diese gentechnisch veränderte, trockenheitsresistentere Reissorte benötigt bis zu 40 Prozent weniger Wasser als normalerweise erforderlich. In Experimenten starb die Mutterpflanze nach einer Woche ohne Wasser, während die Hälfte der veränderten Pflanzen überlebte.

Ist die Genschere eine Revolution oder eine Gefahr?

Die Bearbeitung des Genoms ist eine grundlegend andere Formel als die klassische Gentechnik. Es basiert auf einem natürlichen Prozess. Doch laut dem Biologen Detlef Weigel von der Max-Planck-Gesellschaft werden Mutationen durch diese Methode deutlich weniger zufällig.

Viele genetisch veränderte Artefakte werden entweder durch ein künstliches Gen oder ein natürliches Gen eines anderen Organismus in Tiere oder Pflanzen eingefügt. Beispielsweise enthalten Baumwoll- oder Maissorten, die gegen Schädlinge wie Insekten resistent sind, ein Gen, das ursprünglich von einem Bakterium produziert wurde.

Bei der Genome-Editing-Technik kann durch die Verwendung fremder DNA der genetische Code durch die eigene DNA eines Organismus ersetzt werden. Mithilfe spezieller Enzyme, die wie eine Schere funktionieren, können Gene gelöscht, verändert oder wiederholt werden. Während der Kreuzungspfad mehr als ein Jahrzehnt dauert, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, dauert der Testprozess der Genomeditierung mehrere Jahre und der Implementierungsprozess nur wenige Monate.

Es entstehen smarte Bananen

Die Studien beschränken sich nicht nur auf dürreresistenten Reis. Beispielsweise wird untersucht, wie der Ertrag von Tomaten auf 70 Prozent gesteigert werden kann. Darüber hinaus werden Anstrengungen unternommen, Sojabohnen auf kargen und salzigen Böden anzubauen oder den Methanausstoß von Reis zu reduzieren. Kenianische Wissenschaftler haben eine Arbeit namens „Smart Banana“ entwickelt. In ihrem Labor konnten sie ein Gen aktivieren, das das pflanzeneigene Immunsystem gegen ein Virus aktiviert, das bei Trockenheit aktiv wird.

Es kann jedoch nicht gesagt werden, dass alle diese Studien frei von jeglichen Risiken und Unsicherheiten sind. Denn viele der GVO befinden sich mittlerweile auf Forschungsniveau und die verfügbaren Daten sind äußerst dürftig. Genetische Forschungsachsen deuten darauf hin, dass es sich bei all dem um „gefährliche Experimente mit der Natur“ handelt.

China und USA investieren stark in GenersatztechnologieFoto: Wei Liang/dpa/HPIC/picture Alliance

Kann künstliche Intelligenz helfen?

Je weniger optimiert ein Artefakt ist, desto einfacher ist es anzupassen. Daher wird die Genschere heute wohl als das wertvollste Potenzial gesehen, ältere Sorten weiterzuentwickeln, die noch nicht im industriellen Maßstab kultiviert und gezüchtet wurden. Beispielsweise sind Hirse, Einkorn oder Yucca von Natur aus wesentlich widerstandsfähiger gegenüber dem Klimawandel, doch die Züchtungssysteme stecken noch in den Kinderschuhen.

Phytoform versucht mithilfe künstlicher Intelligenz noch mehr Optimierungsmöglichkeiten in Genen zu identifizieren. Es kann Daten in kurzer Zeit verarbeiten, was bei einer einzelnen Person Jahre dauern kann. Die Technologie ist so weit fortgeschritten, dass bestimmte Algorithmen heute DNA-Datensätze viel besser erkennen und identifizieren können als Wissenschaftler.

Die Welt bereitet sich auf eine genetische Schere vor

Die Forschung mit gentechnisch veränderten Organismen hat weltweit an Dynamik gewonnen. Während im Jahr 2011 nur eine Handvoll Patentanmeldungen eingereicht wurden, sind es im Jahr 2019 fast 2.000 Patente, viele von privaten Unternehmen oder öffentlichen Forschungseinrichtungen.

Neben den USA und China investieren auch multinationale Unternehmen stark in diese Technologie, die voraussichtlich einen Milliardenmarkt bilden wird. In der EU werden gentechnisch veränderte Werke als „GVO“ gekennzeichnet und streng reguliert.

In den USA, China und vielen lateinamerikanischen Ländern müssen gentechnisch veränderte Produkte nicht besonders gekennzeichnet oder kontrolliert werden. Auch Indien hat beschlossen, seine Lebensmittelvorschriften in diesem Jahr zu verschärfen. So fortgeschritten das Verfahren auch sein mag, die klassische Verbesserung landwirtschaftlicher Arbeiten wird weiterhin eine wertvolle Rolle spielen. Obwohl sie zur Ernährungssicherheit beitragen, werden diese Systeme allein wahrscheinlich nicht ausreichen, um den enormen Druck auf unser Ökosystem auszugleichen.

DW