Durch den Klimawandel sind Pflanzen schnellen Temperatur- und Niederschlagsschwankungen ausgesetzt, wodurch sie in neue Verbreitungsgebiete gedrängt und in alten gestresst werden.
Laut einer neuen Studie der University of Wisconsin-Madison, die heute in der Zeitschrift veröffentlicht wurde, fällt es Bäumen in beiden Fällen möglicherweise leichter, sich anzupassen, indem sie im Untergrund neue mikrobielle Freunde finden Wissenschaft.
Pflanzen überleben ein breites Spektrum von Hitze und Kälte sowie Regen und Dürre, aber sie füllen ihre Nischen nicht alleine. Neben den Tieren und Insekten, die auf und um einen Baum herum leben und hin und wieder bei der Bestäubung, der Schädlingsbekämpfung oder der Samenverbreitung helfen, gibt es im Boden unzählige Mikroben (wie verschiedene Pilze, die entlang der Baumwurzeln wachsen). Diese Mikroben können den normalen Stress des Lebens abmildern, indem sie den Bäumen helfen, mehr Nährstoffe und Wasser aufzunehmen, oder indem sie die Zeit, zu der sie austreiben oder blühen, so beeinflussen, dass sie den saisonalen Bedingungen optimal entsprechen.
Dieser Zusammenhang könnte eine wichtige Rolle bei der Anpassung an den Klimawandel spielen.
„Der Klimawandel führt schneller zu neuem Stress, als die meisten Bäume es gewohnt sind“, sagt Richard Lankau, UW-Madison-Professor für Pflanzenpathologie. „Wir haben eine gewisse Vorstellung davon, wie die meisten Baumarten reagieren müssen – wohin sie verdrängt werden und wohin sie sich bewegen können. Aber das basiert auf dem, was die Bäume unserer Meinung nach selbst bewältigen können. Wälder könnten tatsächlich widerstandsfähiger sein, wenn wir.“ Geben Sie ihnen Anerkennung für die Veränderung mikrobieller Gemeinschaften.
Um zu testen, wie sich Mikrobengemeinschaften aus verschiedenen Gegenden auf gestresste Bäume auswirken, pflanzte Lankau zusammen mit der Forscherin Cassandra Allsup und der Forschungsspezialistin Isabelle George Bäume an den entfernten Rändern ihrer aktuellen Verbreitungsgebiete. Sämlinge einer langen Liste von Laubbaumarten – Eiche, Ulme, Hickory, Ahorn und mehr – wurden in etwa 450 Meilen voneinander entfernten Parzellen im Norden Wisconsins und Zentral-Illinois in den Boden gepflanzt.
Bevor die Bäume auf die entfernten Parzellen gebracht wurden, keimten sie aus Samen in Gewächshäusern von UW-Madison in verschiedenen Bodenproben, die an 12 Standorten in Illinois und Wisconsin gesammelt wurden, wodurch eindeutige mikrobielle Beziehungen festgestellt wurden. Einige der Bäume wuchsen auf vertrauter Erde, die in der Nähe des zentralen Teils des Baumgebiets gesammelt wurde. Einige wurden in neue mikrobielle Gemeinschaften eingeführt, indem sie in Erde keimten, die von Standorten stammte, die physisch näher an den Versuchsflächen lagen (oder diesen bei typischen Temperatur- und Niederschlagsbedingungen ähnlicher waren), in denen sie drei Jahre lang leben würden.
Oben im Norden an der Kemp Natural Resources Station der UW-Madison, wo Laubwälder auf natürliche Weise Wäldern weichen, die von immergrünen Bäumen dominiert werden, waren die Auswirkungen der Baum-Mikroben-Beziehungen deutlich.
„Die Bäume haben den Sommer alle gut überstanden, es sei denn, sie wurden von einem Reh gefressen“, sagt Lankau. „Es ist der kalte Winter, in dem wir eine Erfolgstrennung sahen. Die Sämlinge, die Mikroben aus nördlichen Standorten ausgesetzt waren, überlebten den Winter mit viel größerer Wahrscheinlichkeit als diejenigen, die vorab mit Mikroben aus Südwisconsin, dem normalen Herzen ihres Lebensraums, inokuliert wurden.“
Den Ergebnissen der Forscher zufolge hatten Bäume, die mit Mikroben wuchsen, die an den kältesten Standorten beprobt wurden, eine um mindestens 50 % höhere Wahrscheinlichkeit, drei kalte Winter in einem Gebiet zu überleben, das möglicherweise die neue, führende Grenze des klimabedingten Verbreitungsgebiets darstellt.
Am südlichen Standort, wo Bäume wahrscheinlich höheren Temperaturen ausgesetzt wären, als ihnen lieb ist, waren die Ergebnisse ähnlich positiv für Bäume, die mit Mikroben gepaart waren, die mit dem Klima vertraut waren – obwohl die Steigerung der Widerstandsfähigkeit auf Baumarten beschränkt war, die dazu neigen, sich mit bestimmten Arten zu paaren Mikroben, sogenannte arbuskuläre Mykorrhizapilze, die Pflanzenzellwände durchdringen. Bäume, die künstlicher Dürre ausgesetzt waren und mit Mikroben gepaart wurden, die aus den trockensten Bedingungen importiert wurden, erzielten den größten Überlebensschub, möglicherweise aufgrund der Fähigkeit von Arbuscular-Pilzen, Feuchtigkeit zu sammeln.
Zusätzlich zu einem besseren Verständnis der Art und Weise, wie Bäume und Mikroben im Wettlauf gegen den Klimawandel zusammenarbeiten, könnte die Vermittlung von Pflanzen und Pilzen ein Segen für Pläne zur Wiederaufforstung des Planeten sein.
„Die Zahl der Bäume, die im Rahmen von Strategien zur Eindämmung des Klimawandels weltweit gepflanzt werden sollen, ist einfach astronomisch“, sagt Lankau. „Das Pflanzen von Bäumen ist die einzige Strategie zur Eindämmung des Klimawandels, mit der alle einverstanden sind. Daher hat jeder den Plan, Milliarden und Abermillionen neuer Bäume zu pflanzen.“
Auch wenn dies nicht dazu beiträgt, das Wachstum zu reifen oder die nächste Generation natürlich gepflanzter Bäume hervorzubringen, rekrutiert Lankaus Labor Baumschulen im gesamten Mittleren Westen als Partner für weitere Projekte zur Mikrobenimpfung, um neuen Setzlingen einen Vorsprung zu verschaffen.
„Wir fragen uns, ob wir aus dieser Studie Kapital schlagen können und ob sie in verschiedenen Regionen des Landes strategisch eingesetzt werden kann“, sagt Lankau. „Wenn wir den von den Regierungen gesetzten Zielen für die Baumpflanzung und die Wiederherstellung von Waldflächen auch nur annähernd nahe kommen, könnten Ideen wie diese einen erheblichen Einfluss auf den Erfolg dieser Projekte haben.“
Mehr Informationen:
Cassandra M. Allsup et al.: Sich verändernde mikrobielle Gemeinschaften können die Toleranz von Bäumen gegenüber sich ändernden Klimazonen verbessern. Wissenschaft (2023). DOI: 10.1126/science.adf2027