Die Bodenmikrobiologieforschung ist zunehmend auf Big Data angewiesen. Dies bedeutet, dass Experimente nicht mehr nur größtenteils unter kontrollierten Bedingungen im Labor durchgeführt werden, sondern auch ins Freiland verlagert werden.
„Es stellt natürlich eine Herausforderung dar, wenn Sie sich dafür entscheiden, Ihre Forschung vom Labor auf Feldversuche und darüber hinaus auszuweiten. Es gibt einen großen Unterschied zwischen Labor- und Feldversuchen, und dies kann zu inkonsistenten und sogar gegensätzlichen Ergebnissen führen, daher ist es wichtig, eine Brücke zu schlagen.“ „Die Lücke zwischen Labor-, Feld- und modellbasierten Studien mikrobieller Ökosystemfunktionen“, erklärt der Tenure-Track-Forscher Ji Chen von der Abteilung für Agrarökologie der Universität Aarhus.
Von gut kontrollierten Bedingungen bis zu unkontrollierten
Im Labor können Experimente unter sehr kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden. Das Gleiche gilt nicht, wenn man die Experimente auf Ökosysteme auf Feldern verlagert. Dabei werden die Ergebnisse durch Schwankungen des Wetters, der Böden und einer Vielzahl anderer Umweltbedingungen beeinflusst.
„Man könnte eigentlich sagen, dass die Laborexperimente begrenzt sind, weil sie das breite Spektrum an Umweltauswirkungen ignorieren, denen man vor Ort begegnen würde. Es besteht also die Gefahr von Widersprüchen zwischen Labor- und Feldstudien, die letztendlich unsere Entwicklung von Modellen und Modellen in die Irre führen können.“ Prognosen“, sagt Ji Chen.
Mit anderen Worten: Es ist wichtig, dass die Bodenmikrobiologieforschung von Laboratorien auf tatsächliche Ökosysteme ausgeweitet wird, um möglichst valide Ergebnisse zu erhalten. Allerdings gibt es laut Ji Chen große Herausforderungen:
„Bei der Skalierung geht es nicht nur darum, die Experimente zu vergrößern, es erfordert von uns Forschern auch, zu untersuchen und herauszufinden, welche mikrobiologischen Prozesse und Zusammenhänge im Boden auf allen Ebenen ablaufen, wenn wir nicht alle Umwelteinflüsse kontrollieren können.“
Die Unterschiede zwischen Labor- und Feldergebnissen
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den verschiedenen Experimenten ist der Boden. Der in Laborstudien verwendete Boden ist gestört. Es wurde ausgegraben und verschoben, teilweise auch behandelt. Dies kann zu Veränderungen in mikrobiellen Gemeinschaften und Nährstoffkreisläufen führen, die nicht unbedingt denen in ungestörten Feldböden entsprechen.
„Die Dauer der Studie kann sich auch auf die Ergebnisse auswirken, da kurzfristige Laborinkubationen möglicherweise andere Vorhersagen liefern als langfristige Laborstudien oder Feldbeobachtungen“, sagt Ji Chen.
Solche Diskrepanzen in den Forschungsergebnissen können Auswirkungen auf die Vorhersage des Kohlenstoff- und Nährstoffkreislaufs des Bodens sowie auf die Treibhausgasemissionen haben, so die Forscher.
„Letztendlich können sich diese Diskrepanzen mit anderen Worten auf die Entwicklung von Richtlinien auswirken, die auf wissenschaftlichen Erkenntnissen basieren. Das ist eine Herausforderung für uns als Umweltforscher, denn unsere Ergebnisse können dazu genutzt werden, politische Entscheidungsträger über klimaintelligente und ressourceneffiziente Ökosysteme zu informieren.“ sagt Ji Chen, der darauf hinweist, dass der Mangel an Wissen über die Ausweitung der Bodenmikrobiologie vom Labor auf Ökosysteme zu einer stärkeren interdisziplinären Zusammenarbeit in der experimentellen, beobachtenden, theoretischen und modellierenden Forschung motivieren sollte.
Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Biologie des globalen Wandels.
Mehr Informationen:
Ji Chen et al., Herausforderungen bei der Ausweitung von Laborstudien auf Ökosysteme in der bodenmikrobiologischen Forschung, Biologie des globalen Wandels (2022). DOI: 10.1111/gcb.16537