"Pflanzen haben eine zusätzliche Möglichkeit, mit dem Klimawandel umzugehen. Sie können sich selbst anpassen, sie können in einen besseren Lebensraum abwandern oder sie tun sich mit den richtigen Bakterien zusammen."
Das sagt die Biologin Jennifer Lau von der University of Michigan. Sie hat untersucht, welche Bedeutung Bodenmikroben für Pflanzen haben, wenn es darum geht, in Dürrezeiten überleben zu können.
"Wir haben herausgefunden, dass die Mikroben den Anpassungsjob für die Pflanzen erledigen. Wir haben Pflanzen über mehrere Generationen hinweg Trockenheit ausgesetzt. Die Pflanzen selbst haben sich nicht schnell genug verändert, um diese Bedingungen von sich aus zu ertragen. Aber die Bodenmikroben konnten sich so schnell anpassen, dass sie den Pflanzen halfen, auch bei Trockenstress zu wachsen."
Für ihre Versuche pflanzte Jennifer Lau in einem Gewächshaus Rübsen in großen Töpfen, erntete deren Samen und säte sie wieder aus. Die Hälfte der Pflanzen wurde gut bewässert, der andere Hälfte nach dem Keimen nicht mehr gegossen – und das über mehrere Generationen hinweg, immer in den gleichen Töpfen mit der gleichen Erde. Am Ende machte die Forscherin eine Vergleichsprobe. Sie setzte Pflanzen aus der feuchten Zucht in die Töpfe der trockenen Versuchsreihe, und umgekehrt. Anschließend ließ sie beide Proben trockenfallen. Im direkten Vergleich wuchsen stets jene Pflanzen deutlich besser, deren Töpfe samt Boden schon länger der Trockenheit ausgesetzt waren. Jennifer Lau rechnet dies dem Einfluss der Bodenbakterien zu.
"Mich hat das Ausmaß dieses Effekts überrascht. Unter Trockenstress reduzierte sich die Pflanzenfitness, also Wachstum und Samenproduktion, um 60 Prozent. Bei den Pflanzen in der Erde mit den an Trockenheit angepassten Mikroben waren die Folgen aber viel geringer. Die Fitness ging um weniger als 20 Prozent zurück."
Daneben gab es noch einen weiteren Effekt: Die Pflanzen blühten bei Trockenstress drei Tage früher, allerdings wieder nur in den Töpfen mit den an die Dürre gewöhnten Bodenbakterien.
"Es ist möglich, dass die Pflanzen durch eine frühere Blüte den negativen Folgen der Dürre entfliehen, weil sie schon Samen bilden und sich fortpflanzen, bevor die Trockenheit ihnen wirklich schaden kann."
Auch diese Anpassung an das veränderte Klima ging in dem Experiment nicht von den Pflanzen aus, sondern wurde von der Bodenfauna bestimmt. Bakteriologische Tests zeigten, dass in den Töpfen der trockenen Versuchsreihe andere Bodenmikroben vorherrschten als bei der feuchten. Auf welche Weise sie den Pflanzen das Überleben bei Trockenheit erleichtern, ist noch unklar. Vermutlich hat es etwas mit der Verfügbarkeit von Nährstoffen zu tun.
"Mikroben sind sehr wichtig für die Nährstoffdynamik im Boden. Bei Trockenheit kann es den Pflanzen schwerer fallen, alle erforderlichen Nährstoffe zu bekommen. Es ist möglich, dass die beobachteten Veränderungen bei den Mikroben dazu führen, dass bestimmte Nährstoffe für die Pflanzen wieder besser erreichbar sind."
Die genaueren Zusammenhänge will Jennifer Lau nun in weiteren Versuchen klären – mit zusätzlichen Pflanzenarten, unterschiedlichen Bodentypen und selbst unter Freilandbedingungen. Dabei will sie auch erkunden, ob es einzelne Bakterienarten gibt, die für die Klimaanpassung eine besondere Rolle spielen. Vielleicht ließen sich ja ganze Felder mit solchen Bakterienkulturen impfen, um Landwirten die Ernte in Dürrezeiten zu retten.
"Das ist ein interessanter Ansatz. Noch wissen wir nicht genug darüber, wie wir die Mikroben in freier Natur praktikabel beeinflussen können. Aber eines Tages könnte das möglich werden."
Jennifer Lau ist nicht die einzige, die über solche Anpassungsstrategien an den Klimawandel nachdenkt. Im vergangenen Jahr hatten Forscher der University of Washington gezeigt, dass Reispflanzen mehr Salz und Tomaten mehr Hitze vertragen können, wenn ihre Wurzeln gezielt mit bestimmten Pilzarten1) besiedelt werden.
Das sagt die Biologin Jennifer Lau von der University of Michigan. Sie hat untersucht, welche Bedeutung Bodenmikroben für Pflanzen haben, wenn es darum geht, in Dürrezeiten überleben zu können.
"Wir haben herausgefunden, dass die Mikroben den Anpassungsjob für die Pflanzen erledigen. Wir haben Pflanzen über mehrere Generationen hinweg Trockenheit ausgesetzt. Die Pflanzen selbst haben sich nicht schnell genug verändert, um diese Bedingungen von sich aus zu ertragen. Aber die Bodenmikroben konnten sich so schnell anpassen, dass sie den Pflanzen halfen, auch bei Trockenstress zu wachsen."
Für ihre Versuche pflanzte Jennifer Lau in einem Gewächshaus Rübsen in großen Töpfen, erntete deren Samen und säte sie wieder aus. Die Hälfte der Pflanzen wurde gut bewässert, der andere Hälfte nach dem Keimen nicht mehr gegossen – und das über mehrere Generationen hinweg, immer in den gleichen Töpfen mit der gleichen Erde. Am Ende machte die Forscherin eine Vergleichsprobe. Sie setzte Pflanzen aus der feuchten Zucht in die Töpfe der trockenen Versuchsreihe, und umgekehrt. Anschließend ließ sie beide Proben trockenfallen. Im direkten Vergleich wuchsen stets jene Pflanzen deutlich besser, deren Töpfe samt Boden schon länger der Trockenheit ausgesetzt waren. Jennifer Lau rechnet dies dem Einfluss der Bodenbakterien zu.
"Mich hat das Ausmaß dieses Effekts überrascht. Unter Trockenstress reduzierte sich die Pflanzenfitness, also Wachstum und Samenproduktion, um 60 Prozent. Bei den Pflanzen in der Erde mit den an Trockenheit angepassten Mikroben waren die Folgen aber viel geringer. Die Fitness ging um weniger als 20 Prozent zurück."
Daneben gab es noch einen weiteren Effekt: Die Pflanzen blühten bei Trockenstress drei Tage früher, allerdings wieder nur in den Töpfen mit den an die Dürre gewöhnten Bodenbakterien.
"Es ist möglich, dass die Pflanzen durch eine frühere Blüte den negativen Folgen der Dürre entfliehen, weil sie schon Samen bilden und sich fortpflanzen, bevor die Trockenheit ihnen wirklich schaden kann."
Auch diese Anpassung an das veränderte Klima ging in dem Experiment nicht von den Pflanzen aus, sondern wurde von der Bodenfauna bestimmt. Bakteriologische Tests zeigten, dass in den Töpfen der trockenen Versuchsreihe andere Bodenmikroben vorherrschten als bei der feuchten. Auf welche Weise sie den Pflanzen das Überleben bei Trockenheit erleichtern, ist noch unklar. Vermutlich hat es etwas mit der Verfügbarkeit von Nährstoffen zu tun.
"Mikroben sind sehr wichtig für die Nährstoffdynamik im Boden. Bei Trockenheit kann es den Pflanzen schwerer fallen, alle erforderlichen Nährstoffe zu bekommen. Es ist möglich, dass die beobachteten Veränderungen bei den Mikroben dazu führen, dass bestimmte Nährstoffe für die Pflanzen wieder besser erreichbar sind."
Die genaueren Zusammenhänge will Jennifer Lau nun in weiteren Versuchen klären – mit zusätzlichen Pflanzenarten, unterschiedlichen Bodentypen und selbst unter Freilandbedingungen. Dabei will sie auch erkunden, ob es einzelne Bakterienarten gibt, die für die Klimaanpassung eine besondere Rolle spielen. Vielleicht ließen sich ja ganze Felder mit solchen Bakterienkulturen impfen, um Landwirten die Ernte in Dürrezeiten zu retten.
"Das ist ein interessanter Ansatz. Noch wissen wir nicht genug darüber, wie wir die Mikroben in freier Natur praktikabel beeinflussen können. Aber eines Tages könnte das möglich werden."
Jennifer Lau ist nicht die einzige, die über solche Anpassungsstrategien an den Klimawandel nachdenkt. Im vergangenen Jahr hatten Forscher der University of Washington gezeigt, dass Reispflanzen mehr Salz und Tomaten mehr Hitze vertragen können, wenn ihre Wurzeln gezielt mit bestimmten Pilzarten1) besiedelt werden.
