Die moderne Landwirtschaft steht vor einem kritischen Dilemma: die Nahrungsmittelproduktion zu steigern und gleichzeitig die Umweltschäden zu mildern, die durch konventionelle Schädlings- und Krankheitsbekämpfung verursacht werden. Fast 40 % der weltweiten Ernte gehen jedes Jahr durch Pilzpathogene verloren, ein Problem, das in der Vergangenheit mit synthetischen Pestiziden gelöst wurde. Diese Abhängigkeit von Chemikalien hat jedoch zu einem gefährlichen Kreislauf aus Umweltverschmutzung, Verlust der biologischen Vielfalt und der Zunahme fungizidresistenter Stämme geführt.
Die Dringlichkeit wird durch den Klimawandel verschärft, der zu mehr extremen Wetterereignissen wie Dürren, Hitzewellen und erhöhter UV-Strahlung führt. Da Initiativen wie der europäische Grüne Deal eine Reduzierung des Einsatzes chemischer Pestizide um 50 % bis 2030 anstreben, ist der Bedarf an nachhaltigen Alternativen mittlerweile unbestreitbar.
Forscher haben sich einer übersehenen Inspirationsquelle zugewandt: der Natur selbst.
Nachahmung der Schutzmechanismen der Natur
Viele Pflanzen, wie zum Beispiel die Lotusblume, wehren sich auf natürliche Weise mit einer wachsartigen Nagelhaut, die Wasser und Krankheitserreger abwehrt. Ein Team von Wissenschaftlern hat dies erkannt und entwickelte SafeWax, eine biobasierte Sprühbeschichtung, die die schützenden Eigenschaften natürlicher Pflanzenwachse nachahmt.
SafeWax nutzt kristalline Fettsäuren, um beim Auftragen auf Pflanzenoberflächen mikroskopisch kleine, superhydrophobe Schichten zu bilden. Tests an Nutzpflanzen wie Tomaten und Weinreben, bei denen normalerweise Wasser an den Blättern haften bleibt, zeigten die Fähigkeit der Beschichtung, diese Oberflächen in stark abweisende Schutzschilde zu verwandeln.
Wie SafeWax funktioniert: Ein struktureller Ansatz
Mikroskopische Aufnahmen zeigten, dass SafeWax eine dichte, fraktalartige Wachskristallstruktur auf den Blättern erzeugt. Diese Textur verhindert physikalisch die Ansammlung von Wasser und verhindert so die Nässebedingungen, die Krankheitserreger zum Gedeihen benötigen.
Über die Krankheitsbekämpfung hinaus bietet die Beschichtung weitere Vorteile:
- UV- und Hitzebeständigkeit: Die kristalline Struktur wirkt als natürlicher Sonnenschutz und schützt Pflanzen vor schädlicher UV-Strahlung.
- Wassergewinnung: Unter feuchten Bedingungen kann SafeWax den Pflanzen helfen, Wasser aus dem Tau zu sammeln, indem es Tröpfchen in den Boden leitet.
Ein Paradigmenwechsel im Pflanzenschutz
Im Gegensatz zu chemischen Behandlungen, die in die Pflanzen eindringen und schädliche Rückstände hinterlassen, bleibt SafeWax an der Oberfläche. Dieser strukturelle Ansatz vermeidet Toxizität, indem er eine physische Barriere schafft, anstatt sich auf Gift zu verlassen.
Die Forscher erkennen die bevorstehenden Herausforderungen an: Steigerung der Produktion, Bewertung langfristiger ökologischer Auswirkungen, Optimierung lösungsmittelfreier Formulierungen und Festlegung optimaler Zeitpläne für die erneute Anwendung. Das Potenzial geht jedoch über die Landwirtschaft hinaus. Die Fähigkeit der Beschichtung, Adhäsion und Biofilmbildung zu verhindern, lässt Anwendungen auf Meeresoberflächen, in der Architektur und in anderen Branchen zu.
SafeWax stellt einen grundlegenden Wandel im Pflanzenschutz dar, weg von der chemischen Abhängigkeit hin zu materialbasierten Lösungen, die von den Abwehrkräften der Natur inspiriert sind.
Die in Small veröffentlichten Ergebnisse des Teams unterstreichen die Realisierbarkeit bioinspirierter Strategien zur Bewältigung der dringendsten Herausforderungen der Landwirtschaft.
