„Si sta come d’autunno sugli alberi le foglie.“
„Wir sind wie Herbstblätter auf Ästen“ Der italienische Dichter Giuseppe Ungaretti schrieb 1918 in seinem Gedicht Soldati (Soldaten), über die Tragödie des menschlichen Lebens und des Krieges.
Ist das beliebte Herbstbild Dekadenz und Nostalgie Nach der Sommerhitze ist der Frühling die Jahreszeit der Wiedergeburt nach der Dunkelheit und Kälte des Winters. Der transformative Ablauf der Jahreszeiten war historisch gesehen ein starkes mentales Bild, reich an Symbolik. Die jahreszeitlichen zeitlichen Abläufe biologischer Ereignisse sind ebenfalls ein wesentlicher Aspekt von Pflanzenanpassung und kann auch entscheidend sein wirtschaftliche Relevanz.
Als Waldökologen haben wir jedoch beobachtet, dass der Klimawandel den Zeitpunkt wiederkehrender Ereignisse im Pflanzenlebenszyklus verändert und somit das Ökosystem kritisch beeinflusst.
Die Uhr der Anlage
Im Frühling blühen Blumen. Im Sommer reifen die Früchte. Im Herbst verfärben sich die Blätter und fallen ab. Im Winter ruhen die Pflanzen. Das ist Phänologie—die Untersuchung des zeitlichen Ablaufs wiederkehrender Ereignisse im Lebenszyklus.
Wie erkennen Pflanzen also den Lauf der Zeit und den richtigen Moment für Wachstum und Fortpflanzung? Wie Menschen haben Pflanzen ihren eigenen Kalender. Die Uhr einer Pflanze wird durch Zyklen in den Umweltbedingungen dargestellt, und das Timing phänologischer Ereignisse ist vom Klima gesteuert.
Insbesondere verwenden Pflanzen eine Reihe von Auslösern, um den Zeitpunkt des Wachstums und der Fortpflanzung mit günstigen Umweltbedingungen zu synchronisieren.
Je nach Art werden phänologische Ereignisse durch Temperatur (Herbst- und Winterkälte und Frühjahrserwärmung), Photoperiode (Tageslänge), Niederschlag oder häufig eine Kombination davon ausgelöst.
Wenn sich das Klima ändert, ändert sich die Phänologie
Die Phänologie ist einer der empfindlichsten biologischen Indikatoren für den Klimawandel. Unter dem fortschreitenden Temperaturanstieg im letzten Jahrhundert und den Schwankungen in der saisonalen Verteilung von Niederschlagsereignissen, die Umweltauslöser treten meist immer früher auf.
Aus diesem Grund wurden weltweit phänologische Verschiebungen beobachtet, und kontextuell scheint es, dass phänologische Ereignisse Jahr für Jahr früher stattfinden.
Japans Sakura oder Kirschblütenzeit ist eine der offensichtlichsten Beweise dieser Verschiebung. Das Datum der Blüte, das den Zeitpunkt des Festes bestimmt, geht auf das neunte Jahrhundert zurück und wurde im letzten Jahrhundert durch den Anstieg der Durchschnittstemperaturen vorweggenommen.
Was ist das Problem? Der Frühling ist cool, oder?
Amerikanischer Dichter Anne Bradstreet sagte: „Wenn wir keinen Winter hätten, wäre der Frühling nicht so angenehm.“ Obwohl dies übertrieben ist, müssen wir dennoch berücksichtigen, dass der Zeitpunkt der Blüte der Blumen, der Reifung der Früchte und anderer solcher phänologischer Ereignisse aus einer lang anhaltenden Anpassung jeder Art an ihre Umgebung resultiert.
Das Timing phänologischer Ereignisse wird kalibriert, um die perfekten Umgebungsbedingungen zu gewährleisten, die erforderlich sind, um die jährlichen Zyklen des Lebens einer Pflanze zu erfüllen Minimierung des Schadensrisikos. Änderungen dieser Bedingungen können sowohl ökologische als auch ökonomische Folgen haben, da sie sich auf die Menge und Qualität land- und forstwirtschaftlicher Produkte auswirken können.
Am Ende der Vegetationsperiode entwickeln Pflanzen ruhende Knospen, um die empfindlichen zu schützen meristematische Zellschicht– Gewebe, in dem Zellen die Fähigkeit zur Teilung während der gesamten Lebensdauer der Pflanze aufrechterhalten – und die Aktivität unterbrechen. Ruhe ist ein Anpassungsmechanismus, der sich in Klimazonen mit Jahreszeiten entwickelt hat, um harten Winterbedingungen zu entkommen.
Warme Frühlingstemperaturen (Forcing genannt), die Zunahme der Tageslänge im Frühling (Photoperiode) und die Länge und Intensität der Wintertemperaturen (chillen) reaktivieren das Wachstum der apikale Knospen– die Knospen an der Spitze der Pflanze – im Frühjahr. Die Temperatur spielt eindeutig eine zentrale und führende Rolle in diesem Prozess. Aus diesem Grund kann eine Erwärmung eine auslösen frühere Reaktivierung im Frühjahr und eine verzögerte Beendigung im Herbst, oder beides, Verlängerung der Vegetationsperiode.
Einige glauben, dass eine längere Vegetationsperiode die Kohlenstoffaufnahme und damit die Produktivität der Wälder verbessern könnte. Mancherorts, etwa in Regionen in den nördlichen Breiten oder in höheren Lagen, haben Bäume davon profitiert längere Vegetationsperiode und allgemein günstigere klimatische Bedingungen bei globaler Erwärmung.
Eine frühere Wachstumsreaktivierung erhöht jedoch das Risiko von Schäden durch Spätfrühlingsfröste, und die Verlängerung der Vegetationsperiode erhöht das Risiko von Schäden durch Frühherbstfröste.
Wenn Bäume ihre Phänologie nicht an die neuen klimatischen Bedingungen anpassen oder neu anpassen können, könnten die Fitness und die Wachstumsleistung der lokalen Populationen dramatisch beeinträchtigt werden.
Wenn sich die Phänologie ändert, ändert sich die Artinteraktion
Ökosysteme sind im Allgemeinen komplex und die darin enthaltenen Arten interagieren sowohl untereinander als auch mit ihrer Umgebung. Verschiedene Arten können unterschiedlich auf die sich ändernden klimatischen Bedingungen reagieren, was möglicherweise zu gefährlichen neuen phänologischen Übereinstimmungen oder Fehlpaarungen führt.
Beispielsweise schaffen die aktuellen klimatischen Bedingungen neue phänologische Übereinstimmungen zwischen Beute und Raubtieren. Die Schwarzfichte könnte ein wichtiger Wirt für den Fichtenknospenwurm werden da der Zeitpunkt der maximalen Larvenaktivität besser mit dem Zeitpunkt der jährlichen Triebentwicklung synchronisiert werden könnte, was das Risiko schwerer Entlaubungen für eine der profitabelsten borealen Arten in Nordamerika erhöht.
Der Klimawandel kann auch zu Missverhältnissen zwischen Pflanzen und ihren Bestäubern führen. Hummeln stellen eine der wichtigsten Bestäuber für mehrere Wildarten und viele Sorten von enormem landwirtschaftlichem Interesse. Hummeln reagieren aufgrund ihrer geringen Hitze- und Kältetoleranz besonders empfindlich auf Umwelteinflüsse. Aus diesem Grund ist das prognostizierte klimatische Risiko für diese Art extrem hoch.
Die für beide Seiten vorteilhafte Beziehung zwischen Pflanze und Bestäuber ist eine wesentliche Ökosystemleistung, insbesondere wenn man bedenkt, dass die Bestäubung durch Insekten dazu beiträgt 9,5 Prozent der weltweiten Nahrungsmittelproduktion.
Es muss gehandelt werden
Da sich das Klima weiter ändert und dabei alle Arten von Ökosystemen beeinflusst, müssen wir uns der Pflanzenphänologie bewusst sein und darüber nachdenken, wie sich diese Veränderungen direkt auf unser Leben und unsere Unternehmen auswirken können.
Wissenschaftler verwenden heute Beobachtungsdaten, um zu bestimmen, wie anfällig Arten, Populationen und Gemeinschaften für diese laufenden und prognostizierten zukünftigen Klimaänderungen sind. Diese Forschung kann die Grundlage für wesentliche menschliche Eingriffe sein, die Einfluss nehmen können Pflanzenverteilung durch unterstützte Migration, das ist die vom Menschen unterstützte Verbringung von Arten in Gebiete weit außerhalb ihres etablierten Verbreitungsgebiets. Dies wird den Baumarten helfen, ihre Phänologie mit den aktuellen klimatischen Bedingungen zu resynchronisieren.
Die Pflanzenphänologie ist das Ergebnis einer Anpassung. Die Anpassung erfordert jedoch Zeit, eine Zeit, die wir angesichts des Ausmaßes und der Geschwindigkeit, mit der wir Klimaveränderungen beobachten, nicht berücksichtigt haben. Die ständige Überwachung der phänologischen Veränderungen weltweit wird es uns ermöglichen, solide Strategien zum Schutz der am stärksten gefährdeten Ökosysteme sowie unserer Unternehmen zu entwickeln.
Außerdem sind wir wie Herbstblätter auf Zweigen, aber wir sollten zumindest versuchen, nicht herunterzufallen!
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