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Biodiversität

„Geschulte Teamfähigkeit“ bei Pflanzen

Versuchsflächen zur Untersuchung von Pflanzengemeinschaften: Das sogenannte Jena Experiment startete im Jahr 2002 und ist eines der am längsten laufenden Biodiversitätsexperimente in Europa. © Jena Experiment

Was sie nicht umbringt, macht sie stark: Trockenstresserfahrungen können Pflanzengemeinschaften in den Folgegenerationen widerstandsfähiger gegenüber Dürren machen, zeigt eine Studie. Den Forschern zufolge liegt dem Effekt ein evolutionärer Prozess zugrunde, der die Fähigkeit der einzelnen Arten erhöht, einander besser zu ergänzen. So können sie nach einer Dürreperiode als Gemeinschaft schneller wieder weiterwachsen. Biodiversität kann also auch eine generationsübergreifende Positivwirkung auf die Anpassungsfähigkeit von Ökosystemen gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels ausüben, sagen die Wissenschaftler.

Die Vielfalt macht’s: Verschiedene Studien haben bereits aufgezeigt, dass biologisch diverse Pflanzengesellschaften mit schwierigen Umweltbedingungen besser zurechtkommen als artenarme. Dies wird darauf zurückgeführt, dass sich bestimmte Merkmale der Gewächse, wie Durchwurzelung, Wasserverbrauch oder Hitzetoleranz in günstiger Weise unterscheiden, sodass ein Synergieeffekt entsteht, der allen zugutekommt. Es liegt nahe, dass die lange gemeinsame Entwicklungsgeschichte von Pflanzenarten dabei auch zu evolutionären Prozessen geführt hat, die die „Teamfähigkeiten“ von Pflanzen fördern. Im Rahmen ihrer Studie hat das internationale Forscherteam um Bernhard Schmid von der Universität Zürich nun untersucht, inwieweit sich Pflanzengemeinschaften generationsübergreifend an widrige Umweltbedingungen anpassen können.

Langzeitprojekt der Biodiversitätsforschung

Die Wissenschaftler haben dazu in einem großen Freilandversuch Mischungen von Wiesenpflanzen über acht Jahre hinweg teilweise vom natürlichen Niederschlag abgeschirmt, sodass sie mit Trockenstress zu kämpfen hatten, der ihnen gerade noch ein Überleben ermöglichte. Anschließend wurden aus den Samen von zwölf der Arten Pflanzen aufgezogen und in Monokulturen oder in Mischungen kultiviert. Diese Versuchseinheiten setzten die Forscher dann ebenfalls experimentellen Dürreereignissen aus und erfassten ihre Reaktionen. Als Vergleich dienten Pflanzen, die von benachbarten Versuchsflächen stammten, die in den vergangenen acht Jahren nicht von dem künstlich erhöhtem Trockenstress betroffen waren.

Wie das Team berichtet, zeichnete sich in den Untersuchungsergebnissen ab: Die Nachkommen der Pflanzen mit Trockenstresserfahrung überstanden einen erneuten Wassermangel deutlich besser als die Kontrollen. Allerdings wurde dieser Effekt nur dann erzielt, wenn die Arten wiederum in Mischungen und nicht in Monokulturen wuchsen. Die Widerstandskraft hatte sich also auf der gemeinschaftlichen Ebene erhöht. Wie die Forscher erklären, geht daraus hervor: In Mischungen durchlaufen Arten unter Trockenstress evolutive Veränderungen, die zu einer verbesserten Resilienz der Mischungen gegenüber zukünftigem Wassermangel führen. „Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Evolution nicht nur die Arten selbst, sondern auch deren Wechselwirkungen so verändern kann, dass sie einander besser ergänzen und somit nach einem Extremereignis als Gemeinschaft schneller wieder weiterwachsen können‟, erklärt Schmid.

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Pflanzen ergänzen sich besser

Wissenschaftlich ausgedrückt, verhielten sich die Nachkommen der „dursterfahrenen“ Pflanzen komplementärer, erklärt Co-Autor Yuxin Chen von der Universität Zürich: „Komplementarität bedeutet, dass Individuen innerhalb derselben Art stärker konkurrieren als zwischen verschiedenen Arten. Dies ist ein wichtiger Mechanismus, der die Koexistenz zwischen Arten fördert und damit die Biodiversität erhält und die Resilienz des Ökosystems gegenüber klimatischen Extremereignissen erhöht‟, so Chen. „Evolution von Komplementarität zwischen Arten kann es gemischten Pflanzengemeinschaften ermöglichen, ihre Biodiversität und Ökosystemleistungen unter zukünftigen Bedingungen mit häufiger auftretenden klimatischen Extremereignissen aufrechtzuerhalten.”

Da klimatische Extremereignisse im Zuge des Klimawandels nun wohl immer häufiger auftreten werden, kommt der Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen eine besonders große Bedeutung zu. Was diese Resilienz verstärkt, sollte somit gefördert werden, betonen die Wissenschaftler. „Die Studie macht deutlich, dass wir Biodiversität nicht nur aufgrund der direkten positiven Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit von Ökosystemen schützen sollten, sondern auch, um dieses Anpassungspotenzial an die sich ändernden globalen Umweltbedingungen, insbesondere häufigere klimatische Extremereignisse, zu erhalten‟, sagt Co-Autor Nico Eisenhauer von der Universität Leipzig.

Quelle: Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, Fachartikel: Nature Communications, doi: s41467-022-30954-9

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Wissenschaftslexikon

♦ Hy|dro|xyl|ra|di|kal  〈n. 11; Chem.〉 Radikal, das aus einer Hydroxylgruppe besteht u. sehr reaktionsfreudig ist ● die in der Atmosphäre vorkommenden ~e binden Treibhausgase

♦ Die Buchstabenfolge hy|dr… kann in Fremdwörtern auch hyd|r… getrennt werden.

fun|kel|na|gel|neu  〈Adj.; umg.; verstärkend〉 ganz neu

Zy|an|säu|re  〈f. 19; unz.; Chem.〉 farblose Säure, ein Gemisch aus den Isomeren mit den chem. Formeln HOCN u. OCNH; oV 〈fachsprachl.〉 Cyansäure … mehr

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