Der „Rubisco Fehler”
Die meisten Pflanzen fixieren CO₂ direkt über ein Enzym namens RuBisCO (Ribulose‑1,5‑bisphosphate carboxylase/oxygenase). Das Problem: RuBisCO ist ein Fossil aus einer Zeit, als die Atmosphäre kaum Sauerstoff enthielt. Es kann CO₂ nicht perfekt von O₂ (Sauerstoff) unterscheiden.
Wenn es warm wird, dann hat die Pflanze ein Problem: Um CO₂ aufzunehmen, muss sie Poren öffnen. Jede Porenöffnung kostet sie aber eine kleine Menge Wasser, etwas, das in der besonders warmen Zeit nicht ganz so abundant ist.
Dadurch steigt der O2-Gehalt im Blattinneren an. RuBisCO beginnt nun, O2 statt CO2 zu binden – ein Prozess namens Photorespiration. Das ist pure Energieverschwendung: Die Pflanze verbrennt dabei bereits produzierte Zucker, anstatt neue aufzubauen.
Die „Mais Lösung”
Mais hat diesen Prozess entkoppelt. Das geschah teils durch natürliche Mutation und teils durch selektive Zucht der ertragreicheren Sorten vor ca. 3000 Jahren. Das ist wie die Trennung von Warenannahme und Produktion in einer Fabrik. Mais hat ein spezialisiertes Enzym (PEP-Carboxylase) in den Mesophyllzellen, welches CO₂ extrem effizient einfängt, selbst wenn die Konzentration in der Luft sehr gering ist. Es bindet das CO₂ in einer Verbindung mit 4 C‑Atomen (daher „C4”).
Dieses C4-Molekül wird wie ein Shuttle in tiefer gelegene Zellen transportiert, die sogenannten Bündelscheidenzellen. Dort wird das CO₂ wieder freigesetzt. Die Konzentration in diesen Zellen ist jetzt so hoch, dass die RuBisCO keine andere Wahl hat, als effizient zu arbeiten. Sie wird buchstäblich mit CO₂ geflutet, sodass der Sauerstoff-Fehler gar nicht erst auftreten kann.
Da die Photorespiration fast vollständig unterbunden wird, kann der Mais seine Energie voll in das Wachstum von Biomasse und die Einlagerung von Stärke im Korn stecken. Und weil der Mais das CO₂ so viel effektiver aufgreifen kann, muss er seine Spaltöffnungen nicht so oft und so lange öffnen wie andere Pflanzen. Er gedeiht damit besser in trockneren Regionen und wird extrem „fett” in normal feuchten Gegenden.
Und genau deshalb ist Mais so eine wunderbare, interessante, und dominante Pflanze. Als Energieträger ist er fast unschlagbar. Man kann fast sagen, dass anders als andere Pflanzen, der Mais nicht kultiviert wurde sondern, durch eine Mutation, einen Weg gefunden hat, sich die Menschheit als Verteiler seiner Ökodominanz untertan zu machen.