Mangroven und Palmen sind nicht nur wegen ihrer Schönheit ein Wahrzeichen des Sunshine State, sondern auch wegen ihrer immensen Bedeutung für Floridas Küsten.
Mangroven sind von entscheidender Bedeutung, da sie die Küsten auf natürliche Weise vor Sturmschäden schützen und weltweit als wichtiger Lebensraum für Wildtiere dienen.
Wissenschaftler der University of Central Florida arbeiten daran, Mangroven in Florida und auf der ganzen Welt vor einer immer häufiger auftretenden krankheitserregenden Pilzart zu schützen. Diese ruht im Ruhezustand, wird jedoch aktiv, wenn die Bäume Stressfaktoren wie Temperaturschwankungen, Schädlingen oder anderen Krankheiten ausgesetzt sind.
Die Krankheit hat noch keinen offiziellen Namen, wird aber von Wissenschaftlern als „Mangrove CNP“ bezeichnet. Sie wird durch eine Gruppe von Pilzpathogenen verursacht, darunter Curvularia, Neopestalotiopsis und Pestalotiopsis, die Gelbfärbung und Flecken verursachen und die Mangroven allmählich schwächen, bis sie schließlich absterben.
Melissa Deinys, eine Studentin der UCF, und Jorge Pereira, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter der UCF, arbeiten daran, das Blatt zu wenden, indem sie einen vielversprechenden Nährstoffcocktail aus Nanopartikeln entwickeln und testen, um Mangroven zu stärken und den Krankheitserregern entgegenzuwirken. Die Arbeit wird vom Materials Innovation for Sustainable Agriculture (MISA)-Zentrum von UCF-Professor Swadeshmukul Santra an der UCF durchgeführt, einem vom US-Landwirtschaftsministerium und National Institute of Food and Agricultural anerkannten Exzellenzzentrum.
Der Mangrovenwald CNP in Florida wurde erstmals 2019 von Deinys in Miami als Ursache des Mangrovensterbens identifiziert. Dies geschah durch ihre Arbeit mit dem Fairchild Tropical Botanic Garden. Später bestätigte und würdigte der Marine Resources Council, eine gemeinnützige Organisation, die sich dem Schutz und der Wiederherstellung der Indian River Lagoon in Florida widmet, ihre Bemühungen.
Deinys und Mitarbeiter des MRC und des Fairchild Tropical Botanic Garden haben festgestellt, dass etwa 80 % der Mangroven, die sie beprobt hatten, positiv auf mindestens eine der Pilzerregerarten getestet wurden. Sie sagt, sie hätten über 130 Mangroven in der Indian River Lagoon und in den Mangrovenpopulationen von Miami beprobt.
Die Forscher behandeln die Mangroven, indem sie sie in eine Nährlösung namens „Mag Sun“ (MgSuN) einweichen, die aus Magnesium- und Schwefelnanopartikeln besteht. Die Mischung ist eine Weiterentwicklung der Formel eines früheren Doktoranden, die Bakterien auf Tomaten zerstörte, sagt Pereira.
„Wir haben uns für Magnesium entschieden, weil es umweltfreundlicher ist und Pflanzen viel Magnesium benötigen“, sagt er. „Ich habe unsere Magnesiumformulierung mit Natriumpolysulfid kombiniert. Schwefel ist eines jener Elemente, die in der Umwelt allgegenwärtig sind, und die Idee ist, dass man beides kombinieren kann, um die antimikrobielle Wirkung von Bakterien und Pilzen tatsächlich zu steigern und den Pflanzen gleichzeitig wichtige Nährstoffe zuzuführen, damit sie grüner und blattreicher wachsen können.“
Bei Labortests beobachteten die Forscher nach eigener Aussage bei der Behandlung mit MgSuN in unterschiedlichen Konzentrationen eine Wachstumshemmung von bis zu 95 % im Vergleich zur unbehandelten Kontrollgruppe.
Die Formel wirke wie eine Art Antibiotikum und Multivitaminpräparat und habe großes Potenzial bei der Stärkung der Gesundheit infizierter Mangroven in Baumschulen in ganz Florida gezeigt, sagt Pereira.
„Wir haben einige Experimente durchgeführt und sowohl in vitro als auch an Pflanzen getestet“, sagt er. „Wir arbeiten mit den Baumschulen zusammen und haben gesehen, dass es die Krankheitserreger tötet, ohne schädliche Auswirkungen auf die Mangroven zu haben, während es gleichzeitig ihre Gesundheit stärkt. Sie sehen nach der Behandlung großartig aus.“
Deinys setzt ihre Arbeit mit dem Fairchild Tropical Botanic Garden, MRC und Baumschulen in ganz Florida fort, während sie gleichzeitig ihren Abschluss in Angriff nimmt und ihre Forschung an der UCF fortsetzt.
Sie begann 2018 in Miami mit der Erforschung der Pilzpathogene, bevor sie an der UCF immatrikulierte, und beobachtete, wie die Mangroven zunehmend von der opportunistischen Natur der Pathogene befallen wurden.
„Zurück im botanischen Garten, wo ich angefangen habe, habe ich gesehen, dass die Pflanzen diese Krankheitserreger hatten, aber nicht mit so schädlichen Auswirkungen, dass wir jetzt sehen, wie diese Organismen zusammenbrechen“, sagt sie. „Eine Mangroven-Gärtnerei [The Marine Resources Council] hatten sich an uns gewandt und uns gesagt, dass sie einen Insektenbefall hatten und dann die gesamte Population durch den Erreger ausgelöscht wurde. Wir erhalten auch Berichte aus Orten wie Tampa, in denen es heißt, dass Gebiete mit mehr Abflusswasser im Vergleich zu vor 10 Jahren mehr durch den Erreger verursachte Schäden aufweisen.“
Die Pilze sind schon seit einiger Zeit gut dokumentiert, doch plötzliche Temperaturschwankungen, häufige Stürme und andere zunehmende Stressfaktoren öffnen der Pilzbefall in den Mangroven Tür und Tor, sagt Deinys.
„Sie werden als opportunistisch bezeichnet, und das aus gutem Grund“, sagt sie. „Sie bemerken eine Veränderung in der Pflanze und dann beginnen sie zu wirken.“
Wie die Krankheitserreger übertragen werden, sei noch unklar, sagt Deinys. Forscher vermuten, dass sie durch Wasser, Wind oder Insekten eingeschleppt werden könnten, aber es sind weitere Studien nötig, um die Übertragungswege zu bestimmen, da sie eine Gefahr für die Gesundheit der Mangroven darstellen.
„Man muss alle Möglichkeiten untersuchen, um den Überträger zu bestimmen“, sagt Deinys. „Wir haben in anderen Ländern Artikel und Literatur gesehen, in denen diese Erreger schon seit langem nachgewiesen wurden. Es war schwierig, weil es in den Mangrovengemeinschaften eine Trennung gibt, weil wir Welten voneinander entfernt sind und unterschiedliche Sprachen sprechen.“
Die MgSuN-Nährlösung sei eine Behandlung, aber kein Heilmittel, sagt Deinys. Es gebe noch immer zahlreiche Stressfaktoren, die man neben der Behandlung der Krankheitserreger in den Griff bekommen und eindämmen müsse, wie etwa die vom Menschen verursachte Zerstörung des Lebensraums.
„Ich denke, es bedarf großer Anstrengungen, um die Mangroven wieder anzusiedeln“, sagt sie. „Aber zuerst müssen wir uns den Zustand dieser Mangroven und des Ökosystems ansehen, bevor wir entscheiden, was wir noch tun sollten. Wir arbeiten mit Mangroven-Baumschulen zusammen, um zu sehen, ob wir gemeinsam Lösungen entwickeln können.“
Die Erhaltung und Wiederherstellung von Mangroven ist ein wesentlicher Bestandteil ökologischer Verantwortung und eine Leidenschaft, die Deinys während ihrer gesamten Karriere weiter verfolgen möchte.
„Ich habe dieses Projekt in meinem ersten Jahr an der Uni begonnen“, sagt sie. „Ich wollte nicht aufgeben, was ich tat, und ich kam mit einer Mission hierher. Ich traf Dr. Santra, unseren PI, und er wollte helfen. Er gab mir viel Freiheit und ich bin wirklich dankbar.“
Deinys sagt, dass ihre Forschung an der UCF unglaublich lohnend gewesen sei.
„Ich habe hier ein Gemeinschaftsgefühl gefunden“, sagt sie. „Ich kam ins Labor und hatte das Gefühl, meine Familie gefunden zu haben, und das ist eines der besten Dinge, die diese Erfahrung mit sich gebracht hat. Das ist eine meiner Lebensleidenschaften und ich hoffe, dass ich diesem Projekt auch danach immer treu bleiben werde.“
Santra ist von der Forschung von Pereira und Deinys ermutigt und hofft, dass sie die Ökosysteme der Mangroven auch in Zukunft stärken wird.
„Das UCF MISA-Zentrum widmet sich der Lösung globaler Probleme, die die Nachhaltigkeit der Landwirtschaft bedrohen“, sagt er. „Wir freuen uns, ein weiteres Pflanzenschutzmittel in unserem Werkzeugkasten zum Schutz von Mangroven zu haben. Ich sehe die Zukunft von MagSun als Breitband-Fungizid, bei dem GRAS-Materialien (Generally Recognized As Safe) durch Nanotechnologie verstärkt werden.“
Um herauszufinden, welche Stressfaktoren die Mangroven am stärksten beeinträchtigen, seien weitere Studien nötig, damit die Wissenschaftler sie besser schützen könnten, sagt Pereira.
„Es ist sehr wichtig, die Stressfaktoren zu verstehen, und wir müssen wirklich herausfinden, ob es eine Temperaturveränderung ist, ob es Abflusswasser ist oder ob es ein zusätzlicher Krankheitserreger ist“, sagt er. „In der Zwischenzeit müssen wir etwas tun, um diesen Schaden zu verhindern.“