Pilze und Bakterien fressen verbrannten Boden

Forscher der UC Riverside haben winzige Organismen identifiziert, die im ersten Jahr nach einem Waldbrand nicht nur überleben, sondern auch gedeihen. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, Land nach Bränden, die sowohl an Größe als auch an Schwere zunehmen, wieder zum Leben zu erwecken.

Das Heilige Feuer brannte 2018 in den Grafschaften Orange und Riverside mehr als 23.000 Morgen nieder. Um zu verstehen, wie sich das Feuer im Laufe der Zeit auf Bakterien und Pilze auswirkte, führte die UCR-Mykologin Sydney Glassman ein Team von Forschern in die Brandnarbe ein.

„Als wir zum ersten Mal in das Feuergebiet kamen, hatte ich Asche an meinen Schienbeinen. Es war ein sehr schweres Feuer“, sagte Glassman.

Die Forscher besuchten die Narbe im Laufe des nächsten Jahres neun Mal und verglichen die verkohlte Erde mit Proben aus nahe gelegenem, unverbranntem Boden. Ihre Ergebnisse, jetzt veröffentlicht im Tagebuch Molekulare Ökologiezeigen, dass die Gesamtmasse der Mikroben nach dem Brand zwischen 50 und 80 % zurückgegangen ist und sich im ersten Jahr nicht erholt hat.

Einige Dinge lebten jedoch. „Bestimmte Arten nahmen in der Häufigkeit zu, und tatsächlich gab es im Laufe der Zeit wirklich schnelle Veränderungen in der Häufigkeit in den verbrannten Böden“, sagte Glassman. „Bei den unverbrannten Böden gab es überhaupt keine Veränderungen.“

Es war nicht nur eine Art von Bakterien oder Pilzen, die überlebte. Vielmehr war es eine Parade von Mikroben, die in diesem ersten Jahr nach dem Brand abwechselnd den verbrannten Boden dominierten. „Es gab interessante, deutliche Veränderungen bei den Mikroben im Laufe der Zeit. Als eine Art unterging, kam eine andere auf“, sagte Glassman.

In den frühen Tagen fanden sie Mikroben mit hoher Toleranz gegenüber Feuer und großer Hitze. Später schienen schnell wachsende Organismen mit vielen Sporen, die den Raum mit wenig mikrobieller Konkurrenz nutzen konnten, zu dominieren. Gegen Ende des Jahres dominierten tendenziell Organismen, die in der Lage waren, Holzkohle und andere stickstoffreiche Brandrückstände zu verzehren.

Bestimmte Mikroben, sogenannte Methanotrophe, regulieren den Abbau von Methan, einem Treibhausgas. Fabiola Pulido-Chavez, UCR Pflanzenpathologie Ph.D. Kandidat und Erstautor der Studie, bemerkte, dass sich Gene, die am Methanstoffwechsel beteiligt sind, in Mikroben nach dem Brand verdoppelten.

„Dieses aufregende Ergebnis deutet darauf hin, dass Mikroben nach einem Brand Methan „fressen“ können, um Kohlenstoff und Energie zu gewinnen, und uns möglicherweise dabei helfen können, Treibhausgase zu reduzieren“, sagte Pulido-Chavez.

Die Forscher testen weiter, ob die gefundenen Pilze und Bakterien aufgrund ihrer einzigartigen und vielfältigen Eigenschaften zu unterschiedlichen Zeitpunkten gedeihen konnten oder ob es einen anderen Grund für die beobachteten Verschiebungen im Boden gibt.

„Wir glauben, dass ein Organismus nicht alle Fähigkeiten haben kann, die notwendig sind, um in einer Brandnarbe zu gedeihen“, sagte Glassman. „Wenn du Hitze gut verträgst, bist du wahrscheinlich nicht so gut darin, schnell zu wachsen.“

Was die Forscher im Boden sahen, hat eine gewisse Ähnlichkeit mit der Reaktion des menschlichen Körpers auf einen großen Stress. Menschen leiden an einer Krankheit und nehmen Antibiotika. Das Medikament zerstört Bakterien im Darm einer Person, und neue Organismen tauchen auf, die entweder vorher nicht da waren oder vorher keine große Präsenz hatten.

Irgendwann kehren die Darmbakterien einer Person möglicherweise in ihren Zustand vor der Infektion zurück, aber es gibt keine Garantie.

„Wir versuchen auch zu verstehen, was das Land wieder dorthin bringt, wo es vor der Störung war, die in diesem Fall ein enormes Feuer war“, sagte Glassman. „Vieles von dem, was wir untersuchen, könnte auf eine menschliche Mikrobiomumgebung übertragbar sein.“

Seit einem Jahrhundert wissen Wissenschaftler, wie sich Pflanzen an Waldbrände anpassen und schließlich eine Brandnarbe wieder besiedeln können. Wie diese neue Forschung zeigt, haben Pilze und Bakterien möglicherweise ähnliche Bewältigungsstrategien entwickelt.

„Es ist aufregend, weil wir die Technologie erst in den letzten Jahrzehnten entwickelt haben, um wirklich zu verstehen, was Mikroben im Boden tun und wie sie zur Regeneration beitragen“, sagte Glassman.

Was jetzt über das Verhalten von Mikroben nach einem Brand gelernt wird, könnte ältere Theorien über das Verhalten von Pflanzen ändern, da Mikroben darin nicht berücksichtigt wurden. „Für mich ist das aufregend, da Mikroben lange übersehen wurden, aber dennoch für die Gesundheit des Ökosystems unerlässlich sind“, sagte Pulido-Chavez.

Eine offene Frage bleibt, ob sich Anpassungen, die Pflanzen und Mikroben als Reaktion auf Waldbrände entwickelt haben, auch an Megabrände oder wiederkehrende Brände anpassen werden. Während es mehrere Jahrzehnte dauern kann, bis ein Grundstück mehr als einmal abgebrannt ist, kommt es immer häufiger vor, dass derselbe Boden in weniger als 10 Jahren erneut abbrennt.

Vor allem im Westen führt der Klimawandel zu steigenden Temperaturen und einer früheren Schneeschmelze, was die Trockenzeit verlängert, wenn die Wälder am anfälligsten für Brände sind. Wie wirkt sich die Zunahme der Größe, Schwere und Häufigkeit von Bränden auf die Wiederherstellung natürlicher Verbrennungen aus?

„Die Dinge können sich erholen, aber es braucht Zeit, und ob sich das Land nach superhäufigen Megabränden erholt oder nicht, ist eine andere Geschichte. Kann die Erholungszeit mit Megabränden Schritt halten? Wir wissen es noch nicht“, sagte Glassman.