Tauschen Pflanzen und Pilze Kohlenstoff gegen Nährstoffe? Unwahrscheinlich, sagen Forscher

Jedes Jahr transportieren Pflanzen 3,58 Gigatonnen Kohlenstoff zu Mykorrhizapilzen, ihren unterirdischen Partnern – tatsächlich genug, dass, wenn es Eis wäre, 112 Millionen NHL-Eishockeyfelder bedeckt wären. Laut einem neuen Papier einer Expertengruppe, zu der auch ein Forscher der University of Alberta gehört, ist jedoch eine vorherrschende wissenschaftliche Theorie, die den großen Transfer als eine Art Wirtschaftsmarkt erklärt, wahrscheinlich falsch.

Aus Sicht des Marktes wird Kohlenstoff gegen von den Pilzen gelieferte Nährstoffe eingetauscht – ein Ressourcenaustausch zwischen Partnern, der von wirtschaftlichen Prinzipien bestimmt wird.

Die neue Forschung legt jedoch nahe, die Funktionsweise dieser umweltrelevanten Systeme zu überdenken.

„Viele Forscher gehen davon aus, dass der Austausch von Kohlenstoff gegen Nährstoffe direkt gekoppelt ist und dass die übertragenen Mengen auf Marktwirtschaft basieren. Märkte sind menschliche Konstrukte, die hier scheinbar nicht zutreffen“, sagt Justine Karst, außerordentliche Professorin in der Fakultät für Agrar-, Lebens- und Umweltwissenschaften der U of A und Mitautor des Papiers. „Wir haben keine Hinweise auf Handel gefunden.“

Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Neuer Phytologe.

Eine falsche Anwendung ökonomischer Modelle behindert das Verständnis von Mykorrhiza – wechselseitigen Beziehungen zwischen Pflanzen und unterirdischen Pilzen – was wiederum unsere Fähigkeit beeinträchtigen kann, die Funktionsweise der Pilze vollständig zu verstehen, einschließlich ihrer Rolle beim Pflanzenwachstum und der Kohlenstoffbindung, warnt sie.

„Diese wirtschaftliche Analogie hat uns möglicherweise die Augen vor anderen Möglichkeiten für die Funktion von Mykorrhiza verschlossen“, sagt Karst.

Bei Mykorrhiza wandern die Ressourcen in entgegengesetzte Richtungen; Mykorrhizapilze erhalten Kohlenstoff in Form von Lipiden und Zuckern, während Pflanzen Nährstoffe wie Phosphor und Stickstoff erhalten.

Dieser Ressourcenfluss wurde üblicherweise durch sogenannte biologische Marktmodelle dargestellt, um zu verstehen, wie Mykorrhiza diese gegenseitige Beziehung über Äonen hinweg aufrechterhalten, sagt Karst.

Das andere Extrem ist eine neuere alternative Theorie namens „Surplus C“-Hypothese, die besagt, dass Pflanzen oft mehr Zucker produzieren, als für das Wachstum verwendet werden kann, und dass Mykorrhizapilze eine Senke sind, die diesen überschüssigen Kohlenstoff aufnimmt.

„Das bedeutet, dass es unabhängig von der Nährstoffabgabe an die Pflanze ist, wie viel Kohlenstoff an einen Pilz übertragen wird“, erklärt Karst.

Nach Durchsicht und Analyse von Beweisen aus zahlreichen wissenschaftlichen Studien fanden Karst und ihre Co-Autoren keine starke Unterstützung für biologische Marktmodelle.

„Wir haben keine empirischen Beweise für eine direkte Regulierung gefunden und lehnen die Idee ab, dass ‚Preise‘ – die Anzahl der Kohlenstoffeinheiten pro Nährstoffeinheit – die Kohlenstoffübertragung auf Pilze regulieren. Stattdessen fanden wir mehr Unterstützung für die Theorie, dass Kohlenstoff angezogen wird.“ die stärkste Senke – nämlich Mykorrhizapilze“, sagt sie.

Darüber hinaus ergab ihre Untersuchung, dass das Wachstum von Mykorrhiza-Pflanzen mit der Nährstoffaufnahme und nicht mit der Kohlenstoffübertragung zusammenhängt, was bedeutet, dass es nicht die Menge an Kohlenstoff ist, die auf Mykorrhiza-Pilze übertragen wird, die das Pflanzenwachstum verringert, sondern die Menge an zugeführten Nährstoffen – oder auch nicht geliefert – durch den Pilz. In diesem Sinne ist der auf Mykorrhizapilze übertragene Kohlenstoff für die Pflanze nicht kostspielig.

Insgesamt stimmen die Ergebnisse eher mit der Surplus-C-Theorie überein als mit Marktmodellen, kommen die Forscher zu dem Schluss.

Die Beobachtungen unterstreichen, wie wichtig es ist, über die Grenzen ökonomischer Modelle hinauszuschauen, um mehr über wichtige Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mykorrhizapilzen zu erfahren, die beispielsweise möglicherweise der Umwelt zugute kommen könnten, fügt Karst hinzu. „Eine erhebliche Menge an Kohlenstoffströmen von Pflanzen zu Pilzen und Pilzen stellt einen großen Kohlenstoffspeicher im Boden dar, daher muss man verstehen, wie dieser Fluss funktioniert, um ihn bei der Bindung dieses Kohlenstoffs zu nutzen.“

Ihre Überprüfung ergab, dass weiterer Forschungsbedarf besteht, um grundlegende Fragen darüber, was die Übertragung von Kohlenstoff von Pflanzen auf Mykorrhiza-Pilze bestimmt, und wie die Stärke der Kohlenstoffsenke vollständig gemessen werden kann, genauer zu untersuchen, stellt Karst fest.

Und obwohl eines Tages ein Mechanismus entdeckt werden könnte, der den Kohlenstoff- und Nährstofftransfer direkt miteinander verknüpft, raten die Forscher bis dahin zur Vorsicht bei der Beschreibung des Zusammenhangs in wirtschaftlicher Hinsicht, fügt sie hinzu.

„Die Idee von Märkten ist uns vertraut, das Innenleben von Mykorrhiza jedoch nicht, daher müssen wir offen bleiben für andere Möglichkeiten, die Funktionsweise dieser Systeme zu verstehen.“