Flechten laufen Gefahr, den evolutionären Wettlauf mit dem Klimawandel zu verlieren

Algen sind mehr als nur der grüne Schaum, der sich an Aquarienwänden zeigt. Die winzigen Pflanzen können, wenn sie sich mit einem Pilz zusammentun, eine zusammengesetzte Struktur namens Flechte bilden. Flechten wachsen überall, von Tundren in der Arktis bis zur Baumrinde in Ihrem Garten, und sie tun alles, von der Erzeugung von Sauerstoff bis hin zu Rentierfutter. Aber eine neue Studie charakterisiert ihre bevorzugten Klimazonen und kommt zu dem Schluss, dass ihre Fähigkeit, diese klimatischen Präferenzen zu ändern, langsam im Laufe von Millionen von Jahren geschieht. Das bedeutet, dass diese Algen wahrscheinlich von dem schnellen Klimawandel betroffen sein werden, den die Erde derzeit durchmacht – und sie könnten viele gewöhnliche Flechten mitnehmen.

„In dieser Studie wollten wir herausfinden, wie schnell sich die Klimapräferenzen dieser Algen im Laufe der Zeit entwickelt haben, und sie mit Vorhersagen über zukünftige Klimaänderungsraten in Beziehung setzen“, sagt Matthew Nelsen, Forschungswissenschaftler am Field Museum und Leiter Autor des neuen Artikels in Grenzen in der Mikrobiologie.

Was fanden die Forscher?

„Schreckliche, schreckliche Dinger“, sagt Nelsen. „Wir haben festgestellt, dass die vorhergesagte Geschwindigkeit des modernen Klimawandels die Geschwindigkeit, mit der sich diese Algen in der Vergangenheit entwickelt haben, bei weitem übersteigt. Das bedeutet, dass bestimmte Teile ihres Verbreitungsgebiets wahrscheinlich für sie unwirtlich werden.“

Die Algengruppe, die Nelsen und seine Kollegen untersucht haben, heißt Trebouxia. Wenn sich die winzigen Algen in einer Flechte niederlassen, leben sie mit dem Pilz als eine Einheit zusammen; Der Pilz liefert die physikalische Struktur, während die Algen durch Photosynthese Nahrung liefern. „Wenn Sie eine Flechte sehen, betrachten Sie im Grunde das gesamte Pilzgewebe, in dem einige Algenzellen versteckt und geschützt sind“, sagt Nelsen. „Ganz grob gesagt ist es wie ein Gewächshaus – der Pilz schafft eine gastfreundlichere Umgebung für die Algen.“

Es gibt mehr als 7.000 Arten von Flechten, die von angetrieben werden Trebouxiaund ist damit der häufigste Algenpartner in Flechten. Wenn sich die Erde mit den vorhergesagten Raten weiter erwärmt, wird es vielen zu heiß Trebouxia Arten in Teilen ihres Verbreitungsgebiets, was nachgelagerte Auswirkungen auf andere Organismen haben könnte.

Aber das Klima der Erde hat sich immer verändert, und Flechten (einschließlich der Algen, die sie antreiben) konnten überleben, indem sie sich an neue Temperaturen anpassten. Die Frage für Nelsen und seine Kollegen war, ob Trebouxia kann sich schnell genug entwickeln, um mit dem modernen Klimawandel Schritt zu halten, der viel, viel schneller als normal passiert.

Um das herauszufinden, verglichen Nelsen und seine Kollegen (darunter der Kurator des Feldmuseums Thorsten Lumbsch, die Feldmuseum-Praktikantin Kati Heller und der wissenschaftliche Mitarbeiter des Feldmuseums Steve Leavitt) die DNA-basierten Beziehungen verschiedener Arten moderner Algen miteinander und betrachteten sie Umgebungen, in denen sie leben. „Nahe verwandte Algenarten neigen dazu, ähnliche klimatische Vorlieben zu haben, wie es ihre evolutionären Verwandtschaftsverhältnisse voraussagen“, sagt Nelsen. „Die am engsten verwandten Arten leben möglicherweise in sehr ähnlichen Klimazonen, während entfernt verwandte Arten sich möglicherweise stärker in ihrer Klimatoleranz unterscheiden.“

Grundsätzlich dauert es sehr lange, bis sich die klimatischen Vorlieben von Algen ändern. Um zu bestimmen, wie viel Zeit Algen brauchen, um solch große Evolutionssprünge zu machen, erstellten die Forscher Stammbäume, die zeigen, wie verschiedene Algen miteinander verwandt sind, und kalibrierten den Baum, indem sie Altersschätzungen aus früheren Arbeiten verwendeten. „Uns fehlen nützliche Fossilien in dieser Gruppe, also mussten wir Altersschätzungen dieser Gruppe aus einer früheren Studie verwenden, die einige Pflanzen- und Algenfossilien umfasste, um eine größere Gruppe (Pflanzen und Grünalgen) zeitlich einzuordnen, die diese umfasst Trebouxia“, sagt Nelsen.

Nach einer ganzen Reihe von statistischen Analysen kam man zu dem Ergebnis, dass es Hunderttausende, wenn nicht Millionen von Jahren dauern könnte Trebouxia um uns an die Temperaturänderungen anzupassen, die wir im nächsten Jahrhundert erleben werden.

„Ich war schockiert“, sagt Nelsen über die Ergebnisse des Teams. „Ich hätte es aus den anderen Artikeln, die ich gelesen habe, besser wissen sollen, aber ich war beunruhigt, es zu sehen.

Außerdem, so Nelsen, geht es bei Flechten (oder anderen Organismen), die den Klimawandel überleben, nicht nur darum, körperlich in der Lage zu sein, neue Temperaturen, unterschiedliche Niederschlagsmengen oder Änderungen saisonaler Extreme zu tolerieren. Wenn sich das Klima ändert, können sich Tiere und Pflanzen in neue Umgebungen ausbreiten, wo sie mit einheimischen Arten konkurrieren. „Es könnte eine andere neue Art hinzukommen, die wettbewerbsmäßig dominanter ist als Sie, und Sie könnten in dieser Umgebung aus dem Wettbewerb geraten. Und das könnte auch dazu führen, dass Sie aus diesem Bereich verschwinden.“

All dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass die 7.000 Trebouxia Flechten sind alle vom Aussterben bedroht. „Ich denke, wir werden sehen, wie sich die Bereiche dieser Dinge verschieben, und das könnte zu einer gewissen Veränderung der Beziehungen zu Pilzen führen – wir könnten Partnerschaften eingehen, die vorher nicht da waren“, sagt Nelsen. „Da Algen die Nahrungsquelle für den Pilz sind, sind sie diejenigen, die Photosynthese betreiben und Zucker herstellen, um sie dem Pilz zu geben. Wenn sie gezwungen sind, sich zu bewegen, müsste der Pilzpartner entweder auch umziehen oder eine neue Partnerschaft eingehen .“

Der Verlust von Flechten könnte tiefgreifende Auswirkungen auf ihre Ökosysteme haben, sagt Nelsen. „Flechten sind die dominierende Vegetation auf 7 % der Erdoberfläche. Sie spielen eine Rolle in der Ökosystemhydrologie, indem sie Feuchtigkeit speichern. Sie spielen auch eine Rolle im Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf, und einige von ihnen werden von Tieren als Nahrung oder Nistmaterial verwendet.“

Trotz der düsteren Vorhersagen der Studie hofft Nelsen, dass die Forschung ein Schritt in die richtige Richtung ist, um zu lernen, wie man die Auswirkungen des Klimawandels vorhersagen kann, was wiederum möglicherweise Wissenschaftlern bei der Suche nach Lösungen helfen kann. „Viele Artikel, die sich mit der Reaktion auf den Klimawandel befassen, nehmen die aktuelle Reichweite eines Organismus, schätzen seine aktuelle Klimapräferenz und projizieren diese in die Zukunft“, sagt Nelsen. „Stattdessen haben wir die Geschwindigkeit geschätzt, mit der sich diese Organismen in der Vergangenheit verändert haben, und diese mit der erwarteten Geschwindigkeit des zukünftigen Klimawandels verglichen, um Vorhersagen darüber zu treffen, ob sie sich schnell genug entwickeln können, ohne sich zu bewegen, was nicht so viele Menschen getan haben . Und ich denke, wir sind die ersten, die Flechten auf diese Weise betrachten.“

Und er hofft, dass die Studie uns alle motiviert, den Klimawandel ernst zu nehmen und auf einen systemischen Wandel hinzuarbeiten, um seine schlimmsten Auswirkungen einzudämmen. Zusammenfassend, sagt Nelsen, müssen wir „besser werden“.