Zukunftsprobleme

Die Spurenelemente sind zum normalen Gedeihen von Pflanzen, Tieren und Menschen ebenso lebensnotwendig wie die altbekannten "Kernnährstoffe" (z. B. Stickstoff, Phosphate, Schwefel u. dgl.). Auch für die Spurenelemente gilt im allgemeinen das Ertragsgesetz vom Minimum (begründet von Justus von Liebig). Es besagt, daß die Nährstoffe von den Organismen nur soweit verwendet werden können, als es die Menge derjenigen Stoffe zulässt, die in der geringsten Menge vorhanden sind. Wir wollen dieses Gesetz an einem Beispiel aus der Industrie veranschaulichen: Eine Autofabrik braucht zur Herstellung von Autos unter anderem Blech, Schutzscheiben, Reifen, Motorteile, Überzugmaterial aus Kunststoffen, Lacke usw. Besitzt die Fabrik nun riesige Vorräte an Blech, Schutzscheiben, Motorteilen usw., aber nur 100 Reifen, so kann sie nicht mehr als 25 Autos herstellen. Der Überfluss an anderen Teilen nützt der Firma gar nichts; denn jedes Auto braucht unbedingt 4 Reifen. Die Autoreifen sind bei diesem Beispiel im Minimum und nach diesem Minimum richtet sich die Gesamtproduktion. Würde man den "Reifen-Engpass" beseitigen und der Fabrik große Mengen von Reifen zur Verfügung stellen, so könnte die Autoproduktion bis zum Niveau des nächsthäufigsten Rohmaterials gesteigert werden.
Im biologischen Bereich lässt sich das Minimumgesetz etwa an folgendem Beispiel veranschaulichen: Zur Bildung eines Weizenkorns ist eine bestimmte Mindestmenge von Wasser, Licht, Wärme, Kohlendioxid, Phosphat, Kalisalz, Stickstoff, Kalk, Eisen, Magnesium, Schwefel, Mangan, Zink und anderer Wachstumsfaktoren erforderlich. Fehlt einer dieser Wachstumsfaktoren gänzlich, so kann kein Weizenkorn entstehen. Sind alle Wachstumsfaktoren in unterschiedlichem Ausmaß gegeben, so richtet sich der Ertrag nach dem im schwächsten Umfang ("Minimum") vorhandenen Wachstumsfaktor (z. B. Phosphat). Wird mit Phosphat gedüngt, so steigt der Ertrag bis zum Niveau des nächsthäufigen Wachstumsfaktors (z. B. Kalk). Würde man im vorliegenden Beispiel statt mit Phosphat mit Stickstoff düngen, so wäre - wenigstens theoretisch - keine Ertragssteigerung zu erwarten. Man kann das Minimum-Gesetz durch ein Faß mit verschieden hohen Dauben veranschaulichen, in dem sich jeweils der Wasserspiegel (Ertrag) nach der niedrigsten Daube ("im Minimum befindlicher Wachstumsfaktor") richtet.
In der landwirtschaftlichen Praxis gilt das Minimumgesetz freilich nicht so starr und ausnahmslos, wie man nach den obigen Ausführungen vermuten könnte; denn hier ist kaum jemals ein Wachstumsfaktor gleich Null; auch können sich die Wachstumsfaktoren bis zu einem gewissen Grad gegenseitig vertreten, und viele Pflanzen passen sich an Unvollkommenheiten der Umwelt an.
Trotz dieser Einschränkungen können wir durch die Vorstellung beunruhigt werden, daß die Lebensmöglichkeit künftiger Generationen nicht nur von den altbekannten Kernnährstoffen (Stickstoff, Kali, Phosphat), sondern auch von den so belanglos erscheinenden Spurenelementen, wie z. B. Bor, Kupfer, Molybdän, Zink usw. zu den seltenen Elementen der Erdkruste gehören und nur in wenigen Lagerstätten angereichert sind, erhält das Problem der künftigen Versorgung mit Spurenelementen einen durchaus ernsten Charakter. Die z. Z. abbauwürdigen Lager von Kupfer- und Zinkerzen dürfen nach dem Urteil der Fachleute schon in 20 bis 30 Jahren erschöpft sein. Die größeren Molybdänlager kann man an den Fingern einer Hand abzählen. Das bedeutendste Molybdänvorkommen (Climax-Grube in Colorado) wird zwar auf etwa 85 Millionen t Erz geschätzt; dieses enthält aber nur 0,85% Molybdänglanz. Von dem seltenen Metall Kobalt haben die Militärfachleute für den Bau von Kobaltbomben, Düsenfleugzeugen, Raketen, ferngelenkten Geschossen usw. einen Bedarf angemeldet, der die heute bekannten Kobaltvorräte der Erdrinde bereits übertrifft.
Vom Spurenelement Bor, dessen Anteil an der 16 km dicken obersten Erdkruste auf nur 1/1000 000 geschätzt wird, gibt es nur wenige größere Vorkommnisse, und diese gehen bei einem intensiveren Abbau rasch zur Neige. Die größten Mengen von Spurenelementen finden sich nicht in den wenigen, allgemein bekannten Lagerstätten, sondern sie sind in sehr geringen Konzentrationen in den ungeheuren Gesteinmassen verzettelt, deren oberste Anteile zu Böden verwittern. Jahr für Jahr werden riesige Mengen von Spurenelementen durch Verwitterung des Gesteinuntergrundes frei und für die Nutzpflanzen verfügbar, aber noch größere Mengen werden durch das Regenwasser ins Meer hinausgespült oder vom Menschen verzettelt, zerstreut und unverwendbar gemacht. Gerade in den intensiv bebauten Landwirtschaftsgebieten ist der Ackerboden einen erheblichen Teil des Jahres der auswaschenden Tätigkeit des Wassers und der abtragenden Tätigkeit des Windes schutzlos preisgegeben (Bodenerosion). Wenn man die Böden zur Erzielung der notwendigen Rekordernten mit Zusätzen aus den abbauwürdigen, der Erschöpfung entgegenstehenden Lagerstätten "aufpulvert", kann dies nur eine begrenzte Zeit gut gehen - nämlich nur solange, bis die Lagerstätten erschöpft sind.
Natürlich wird der erfindungsreiche Menschengeist auch aus dieser Klemme einen Ausweg suchen. Daß er auf den naheliegenden Gedanken kommt, die Bevölkerungsanzahl der begrenzten Produktivität der landwirtschaftlichen Bodenfläche anzupassen, ist nach den bisherigen Erfahrungen nicht zu erhoffen. Laienhafte Gemüter mögen vielleicht annehmen, man könne künftig die nötigen Spurenelemente künstlich durch Elementumwandlung herstellen. Dieser Ausweg kommt leider nicht in Betracht, da die so erzeugten Elemente viel zu teuer, viel zu selten und obendrein infolge ihrer Radioaktivität für alle Lebewesen mehr oder weniger giftig wären. Sodann könnte man erwägen, die Urgesteine, die ja alle spurenelementhaltig sind, zu zermahlen und als Düngemittel zu benutzen. Bis jetzt hat man mit solchen "Steinmehldüngungen" keine guten Erfahrungen gemacht; die Konzentration der Nährelemente ist hier zu gering, die Verwitterungs des Steinmehls schreitet zu langsam voran und der Energieaufwand für die Vermahlung ist viel zu hoch.
Viele deutsche Böden enthalten Kupfer- und Manganvorräte, die dem jährlichen Entzug auf über 1000 Jahre hinaus decken könnten. Doch sind die Spurenelemente infolge Bindung an Humus-Substanzen, starker Bodenalkalität u. dgl. nur in wesentlich geringerem Ausmaß nutzbar. Hier wird man künftig durch geeignete Humusführung, Vermeidung von Überkalkung, zweckmäßige Bewässerungsmaßnahmen u. dgl. Vorteile erzielen. Durch erhöhte Anwendung von Stallmist (200 dz enthalten durchschnittlich ca. 75 g Bor, 950 g Mangan und 91 g Kupfer), Jauche (200 hl enthalten ca. 86 g Bor, 16 g Mangan, 5 g Kupfer), Müll, Kompost Asche usw. lassen sich wenigsten die Sickerverluste ausgleichen. Durch gewöhnliche Ortho-Phosphate werden verschiedene Spurenelemente in unlösliche, unverwertbare Niederschläge verwandelt. Dieser nachteilige Prozess unterbleibt, wenn man die Ortho-Phosphate durch Poly-Phosphate ersetzt. Durch Bespritzen der Blätter mit geeigneten Lösungen kann man die nachteilige Spurenelementfestlegung durch die Böden umgehen.
Ein weiterer Ausweg aus der kommenden Spurenelementkrise ist vielleicht im biochemischen Bereich gegeben. Im Lauf von unzähligen Jahrmillionen haben sich die Lebewesen nicht nur in körperlicher Hinsicht von einfachen zu komplizierten Formen entwickelt, sondern sie haben auch in ihrem Chemismus eine Unzahl von Wandlungen, Spezialisationen und Anpassungen erlebt. Dafür einige Beispiele: Es gibt Käfer und Schmetterlinge, die sich heute nur noch von Angehörigen einer Pflanzenart ernähren; ihre Vorfahren waren bedeutend weniger wählerisch. Man hat in wenigen Jahren Schimmelpilze gezüchtet, die über 1000mal soviel Penicillin enthalten wie die vom Penicillin-Entdecker Fleming anfangs untersuchten Formen. Bekannt ist auch, daß sich in verhältnismäßig kurzer Zeit krankheitserregende Bakterienstämme gebildet haben, die gegen Penicillin, Streptomycin, Isonikotinsäurehydrazit, Sulfonamide usw. widerstandsfähig geworden sind. Ja, man konnte sogar vom Kleinpilz Neurospora einzelne Stämme züchten, die Sulfonamide (Bakteriengifte) zum normalen Leben benötigen, und für die der normale Gegenspieler der Sulfonamide (p-Aminobenzoesäure, ein Bakterienwuchsstoff) als Gift wirkt. Es gibt Meningokokken (Bakterien, Erreger der Genickstarre), die sich soweit an das Bakteriengift Streptomycin angepasst haben, daß sie es zum Leben unbedingt brauchen.
Das berühmte Insektenbekämpfungsmittel DDT wurde um 1939 in der Praxis eingeführt; aber schon 1947 beobachtete man in Amerika und Schweden Stämme der Stubenfliege, welche die 1000fache tödliche Dosis (1 y DDT) überlebten; diese Fliegen haben in ihrem Körper ein Ferment entwickelt, das aus DDT ein H- und ein Cl-Atom abspaltet, wobei eine unschädliche Verbindung entsteht. Auch beim Menschen sind eigenartige "Sonderanpassungen" möglich, so wurde z. B. der französische Chemiker Chevreul (1786 - 1889) 103 Jahre alt, obwohl er auf Milch und Gemüse konsequent verzichtete und somit - nach den Lehren der heutigen Vitaminforschung - eigentlich eines frühen Todes hätte sterben müssen.
Diese beliebig herausgegriffenen Beispiel zeigen, daß die Organismen vielfach zu erstaunlich schnellen und weitgehenden chemischen Anpassungen befähigt sind. Vielleicht kann man in Zukunft von den Kulturpflanzen und Haustieren einzelne Rassen mit besonders geringem Spurenelementbedarf züchten. Der Kupfergehalt von 55 untersuchten Rindslebern schwankte z. B. zwischen 5 und 194 mg je kg Trockengewicht. Wenn man die Rasse mit dem niedrigsten Kupfergehalt zur Weiterzucht verwenden würde, ließe sich die künftige Verknappung beim Spurenelement Kupfer wohl etwas mildern. Beim Hafer gibt es verschiedene Rassen mit vererblichen Unterschieden beim Spurenelementbedarf; man wird also künftig vorwiegend Rasssen mit geringen Spurenelementansprüchen anbauen. Schon 1924 veröffentlichte Boresch einen Bericht, demzufolge die Chlorose ("Bleichsucht", Blattgrünmangel) bei der Spaltalge Phormidium nicht nur durch Eisensulfat, sondern auch durch Chrom- bzw. Mangansulfat geheilt werden könne. Auch sind die metallischen Aktivatoren verschiedener Fermente bis zu einem gewissen Grad gegeneinander austauschbar. Vielleicht gelingt es in Zukunft, Pflanzenrassen zu züchten, die mit den verbreiteteren Spurenelementen auskommen.