Die Evolution hat in den Feuchtgebieten der Chesapeake Bay schneller stattgefunden als bisher angenommen, was die Wahrscheinlichkeit verringern könnte, dass Küstensümpfe einem zukünftigen Anstieg des Meeresspiegels standhalten können. Forscher der University of Notre Dame und Mitarbeiter haben dies in einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung in gezeigt Wissenschaft.
Jason McLachlan, außerordentlicher Professor am Department of Biological Sciences, bewertete die Rolle, die die Evolution in Ökosystemen in der Chesapeake Bay spielt, indem er eine grasähnliche Pflanzenart, Schoenoplectus americanus, auch Stuhlmacher-Binse genannt, untersuchte. Das Forschungsteam verwendete eine Kombination aus historischen Samen, die in Kernsedimentproben gefunden wurden, modernen Pflanzen und Computermodellen, um zu zeigen, dass „wiederauferstandene“ Pflanzen mehr Ressourcen in ihren Wurzeln unter der Erde zuweisen, wodurch sie Kohlenstoff schneller speichern können als moderne Pflanzen.
„Wir glauben, dass diese überraschende Verringerung des unterirdischen Wachstums eine Reaktion auf die zunehmende Umweltverschmutzung in der Chesapeake Bay sein könnte“, sagte McLachlan. „Jahrzehntelange Verschmutzung hat zu einem höheren Stickstoff- und Phosphorgehalt im Wasser geführt, und da es sich dabei um Pflanzennährstoffe handelt, könnte die Evolution nun Pflanzen bevorzugen, die weniger in teure Wurzeln ‚investieren‘.“
Die Samen der historischen Pflanzen waren seit Mitte des 20. Jahrhunderts auf dem Grundstück des Smithsonian Environmental Research Center in der Bucht unterirdisch geblieben. McLachlan und andere Forscher sammelten sie und ließen sie keimen und wachsen. Diese als Auferstehungsökologie bekannte Art der Forschung liefert direkte Beweise, die Annahmen über evolutionäre Veränderungen stützen können.
Computermodelle hatten zuvor die Bedrohung durch den Anstieg des Meeresspiegels für küstennahe Feuchtgebiete festgestellt und das Wissen der Wissenschaftler darüber berücksichtigt, wie Überschwemmungen das Pflanzenwachstum beeinflussen und wie das Pflanzenwachstum die Stabilität beeinflusst. Während moderne Pflanzen und Proben aus der Mitte des 20. Jahrhunderts ähnlich oberirdisch wuchsen, investierten die modernen Pflanzen weniger Ressourcen, um tiefer unter der Erde zu wurzeln. Dies erzeugte weniger Biomasse im Untergrund und könnte die Kapazität von Feuchtgebieten verringern, Überschwemmungen standzuhalten.
McLachlan und Mitarbeiter zeigten durch Computermodelle, dass die modernen Pflanzen Kohlenstoff im Boden 15 Prozent langsamer speichern als die Pflanzen Mitte des 20. Jahrhunderts.
McLachlan war erstaunt über die Geschwindigkeit, mit der sich bei Schoenoplectus americanus evolutionäre Veränderungen vollzogen. „Die Forschung zeigt die Rolle, die die Evolution spielt, da Ökosysteme zunehmend durch die Auswirkungen der menschlichen Gesellschaft belastet werden“, sagte er.
Erstautorin Megan Vahsen, Doktorandin an Notre Dame, hatte bereits 2017 als Doktorandin im ersten Jahr an Notre Dame die Bedeutung unterirdischer Pflanzenmerkmale entdeckt. Obwohl die Forscher nicht ausdrücklich sagen können, dass Pflanzen aufgrund der Umweltverschmutzung relativ mehr ihrer Energie über der Erde und weniger unter der Erde investieren, glaubt sie, dass die Kombination von Techniken, die in der aktuellen Forschung verwendet werden, neue Vorhersagen über die Auswirkungen der Evolution auf Ökosysteme liefert. Sie erwartet, dass die Studie Forscher motivieren wird, die Ursachen zu untersuchen, die den evolutionären Wandel vorantreiben.
„Aus Gründen der Unannehmlichkeiten hat die Wissenschaft oft ignoriert, was unter der Erde passiert“, sagte sie und stellte fest, dass sie und Studenten an der Notre Dame etwa 500 Stunden damit verbrachten, Pflanzenwurzeln zu waschen und zu sortieren. „Aber wir haben in dieser Studie so viel gelernt; es passieren so viele Geheimnisse unter der Erde.“
McLachlan sagte, die Forschung demonstriere weiter die Rolle, die die Evolution spielt, da Ökosysteme zunehmend durch die Auswirkungen der menschlichen Gesellschaft belastet werden.
„Evolutionäre Veränderungen über fast ein Jahrhundert spielten eine destabilisierende Rolle für Küstenökosysteme. Andere Arten in anderen Ökosystemen haben möglicherweise anders auf menschliche Umwelteinflüsse reagiert, indem sie den Ökosystemen möglicherweise mehr Widerstandsfähigkeit verliehen oder überhaupt keine Auswirkungen hatten“, sagte er. „Jetzt, da wir gezeigt haben, dass evolutionäre Veränderungen schnell genug und groß genug sein können, um die Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen zu beeinflussen, hoffen wir, dass andere Forscher diese Komponente der biologischen Reaktion auf globale Umweltveränderungen berücksichtigen werden.“
Andere Mitarbeiter in dieser Forschung sind Michael Blum und Scott Emrich von der University of Tennessee; Jim Holmquist und Patrick Megonigal vom Smithsonian Environmental Research Center; Brady Stiller von der University of Notre Dame; und Kathe Todd-Brown von der University of Florida, Gainesville.
Mehr Informationen:
ML Vahsen et al., Schnelle Entwicklung von Pflanzenmerkmalen kann die Widerstandsfähigkeit von Küstenfeuchtgebieten gegenüber dem Anstieg des Meeresspiegels verändern, Wissenschaft (2023). DOI: 10.1126/science.abq0595