Wie lange leben Baumwurzeln, bevor sie absterben und durch neue ersetzt werden? Auf diese scheinbar triviale Frage gab es bisher sehr widersprüchliche Antworten. Jetzt haben Forscher herausgefunden warum: Der Baum baut in seine jungen Wurzeln alten Kohlenstoff ein – Kohlenstoff, den er schon Jahre zuvor aus der Luft aufgenommen hat. Dadurch wurden Datierungen mittels Radiokarbonmethode verfälscht. Feine Baumwurzeln leben demnach deutlich kürzer als bisher gedacht.
Wurzeln spielen im Leben von Bäumen und für die Bodenfruchtbarkeit eine entscheidende Rolle: Über die feinsten Wurzeln nehmen Bäume Wasser und Nährstoffe auf, wenn die Wurzeln dann schließlich absterben, tragen sie zur Bildung von Humus im Boden bei. Sie sind daher von zentraler Bedeutung im Wasser-, Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf von Wäldern. Allerdings führen Baumwurzeln ein Leben im Geheimen. Während man die Entwicklung von Blättern direkt beobachten und deren Stoffwechsel genau messen kann, tappte die Wissenschaft bei den Wurzeln bisher weitgehend im Dunkeln.
Bisher war kaum bekannt, wie schnell feine Wurzeln überhaupt wachsen, wann sie wieder absterben, und wie sie auf Umweltstress wie Trockenheit reagieren. „Obwohl die Funktionen der Wurzeln von globaler Bedeutung sind und eine Grundlage für Erdsystemmodelle bilden, haben wir erstaunlich wenig Wissen über die Lebensdauer der Wurzeln“, erklären Emily Solly von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) und ihre Kollegen. „Die Schätzungen dazu reichen von wenigen Monaten bis zu Jahrzehnten.“
Zwei Datierungsmethoden im Vergleich
Einer der Gründe für diese große Spannbreite sind die eingesetzten Methoden. Meist wird die Radiokarbonmethode genutzt, um das Alter von Baumwurzeln zu ermitteln. Über diese kann bestimmt werden, wann der im Wurzelgewebe eingebaute Kohlenstoff vom Baum aus der Luft aufgenommen worden ist. Ob der Baum diesen Kohlenstoff aber direkt für das Wachstum neuer Wurzeln nach unten leitet oder ob es dabei eine Verzögerung gibt, war nicht bekannt.
Um hier mehr Klarheit zu schaffen, haben Solly und ihre Kollegen zwei Methoden parallel eingesetzt: Mittels Dünnschnitten untersuchten sie die Jahrringe von mehreren hundert nur Millimeter dünnen Wurzeln von Fichten, Kiefern, Buchen und Zwergbirken aus Deutschland, der Schweiz, Schweden und Russland. Ähnlich wie Baumstämme wachsen auch Baumwurzeln je nach Jahreszeit unterschiedlich schnell und bilden so Zonen unterschiedlich großer Dichte und Dicke. Anhand dieser Wurzel-Jahresringe konnten die Forschenden bestimmen, wie alt die feinen Wurzeln waren. Parallel dazu entnahmen sie aus den Jahresringen Proben für die Radiokarbonmethode.
Alter Kohlenstoff in jungen Wurzeln
Das Ergebnis: Die Datierungen beider Methoden stimmten nicht überein. „Das mittlere Alter der feinen Wurzeln unterschied sich bei gemäßigten, borealen und subarktischen Wäldern um ein bis zwölf Jahre“, berichten die Wissenschaftler. Im Schnitt ergab die Radiokarbonmethode ein rund zehn Jahre höheres Alter für die Wurzeln als die Jahresringe. Das aber bedeutet: Baumwurzeln sind kurzlebiger als bisher gedacht. Sie werden statt zehn Jahren nur wenige Jahre alt.
Aber warum diese Diskrepanz? „Der plausibelste Grund dafür ist, dass es eine zeitliche Verzögerung zwischen der Kohlenstoffaufnahme in der Photosynthese und der Verwendung dieses Kohlenstoffs für die Bildung feiner Wurzeln gibt“, erklären die Forscher. Eine Möglichkeit wäre, dass der Baum alten Kohlenstoff aus absterbenden Wurzelteilen sozusagen recycelt. Er verwendet für das Wurzelwachstum nicht den „frischen“ Kohlenstoff aus der Photosynthese, sondern Molekülbausteine, die ohnehin schon im Wurzelwerk vorhanden sind. „Eine andere Erklärungsmöglichkeit wäre, dass die feinen Wurzeln den älteren Kohlenstoff aus dem umgebenden Boden aufnehmen und dann für ihr Wachstum nutzen“, mutmaßen die Forscher. Dann allerdings müssten auch junge Sämlinge Wurzeln mit relativ älterem Kohlenstoff besitzen – das aber ist kaum der Fall.
Die plausibelste Erklärung ist nach Ansicht der Forscher, dass die Bäume den Kohlenstoff erst im Stamm und in anderen Organen zwischenspeichern, beispielsweise in Form von Stärke. Erst zu einem späteren Zeitpunkt investieren sie ihn dann in das Wurzelwachstum. „Diese Strategie kann für Bäume lebenswichtig sein“, sagt Co-Autor Ivano Brunner vom WSL. Denn das Zwischenspeichern des Kohlenstoffs ermöglicht den Bäumen, in trockenen Jahren auf Reserven zurückzugreifen, um die für sie so wichtigen Feinwurzeln zu bilden.
Quelle: Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, Fachartikel: Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-018-05460-6
