So retten Sie Pflanzen vor dem Klimawandel. Die Antworten liegen möglicherweise in der Sprache ihrer Gewebe und ihrer Physiologie

Mammutbäume und Eichen, die an der kalifornischen Küste und in den Küstenbergen gedeihen, könnten bald Schwierigkeiten haben, zu überleben. Der vom Menschen verursachte Klimawandel verändert die Temperaturen und Niederschlagsmuster, an die diese und andere Bäume gewöhnt sind, und viele sind bereits an die Grenze ihrer Belastbarkeit gedrängt.

Laut Lawren Sack, einem UCLA-Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie, wird die Identifizierung geeigneter neuer Lebensräume für einige einheimische Arten in Kalifornien bald eine Frage von Leben und Tod sein. Aber wenn diese Bäume sprechen könnten, wo würden sie den Wissenschaftlern sagen, dass sie leben wollen?

In einem neue Studie, entschlüsselte ein von Sack und anderen UCLA-Biologen geleitetes Team eine Geheimsprache in Blättern und Holzstämmen, die auf die optimalen Lebensräume der Art hinweist. Wissenschaftler könnten diese Informationen nutzen, um neue Standorte besser zu identifizieren, an denen sie neue Pflanzenpopulationen etablieren könnten, und um einen besseren Schutz für ihre bestehenden Lebensräume zu entwickeln.

Überraschenderweise verfügen Wissenschaftler und Naturschützer noch nicht über eine zuverlässige Möglichkeit, die optimale Umgebung für eine bestimmte Pflanzenart zu bestimmen; Sie neigen dazu, ihre Urteile in erster Linie auf die Standorte zu stützen, an denen Pflanzenarten derzeit wachsen. Doch für viele Pflanzen sind ihre aktuellen Lebensräume nicht ideal.

Kalifornien zum Beispiel verfügt über eine Fülle an Arten, die nur in bestimmten Klimanischen vorkommen und nirgendwo sonst auf der Welt zu finden sind. Aber Landwirtschaft, Industrie und städtisches Wachstum haben viele von ihnen an den Rand ihrer Lebensräume gedrängt, und der Klimawandel hat das Problem nur noch verschärft. Auch wenn es logisch erscheinen mag, Arten in Lebensräume umzusiedeln, in denen sie sich derzeit befinden, oder nur ihre derzeitigen Lebensräume zu schützen, könnte jeder Ansatz das zukünftige Überleben der Arten gefährden.

Die neue Forschung, veröffentlicht in Funktionelle Ökologiebeschreibt ein statistisches Modell, das die bevorzugte Temperatur und Niederschlagsmenge jeder Art anhand ihrer Höhe schätzt; die Größe, den Welkepunkt, die Anatomie und die chemische Zusammensetzung seiner Blätter; und die Dichte seines Holzes.

Mithilfe dieser Daten erstellten die Wissenschaftler dann ein statistisches Modell, das vorhersagt, welche Temperaturen und Niederschlagsmengen jede Art bevorzugt – und nicht nur, was sie verträgt. Das Modell ermöglicht es den Wissenschaftlern auch abzuschätzen, wie unterschiedlich eine Pflanze zu ihrem natürlichen Klima ist.

„Pflanzenarten können uns direkt in der ‚Sprache‘ ihrer Blätter und ihres Holzes ihre Klimapräferenz und ihre Anfälligkeit gegenüber potenziellen Klimaveränderungen offenbaren“, sagte Sack, der leitende Autor der Studie. „Da wir das jetzt wissen, können wir, wenn Sie uns ein Blatt und ein Stück Holz geben, eine gute wissenschaftliche Vorhersage darüber machen, wo die Pflanze am liebsten lebt.“

„Wir hören uns an, was die Pflanzen uns über ihre Vorlieben in der Sprache ihres Gewebes und ihrer Physiologie sagen, um ihnen dabei zu helfen, die eskalierenden Klimaherausforderungen zu überstehen.“

Sack analysierte in Zusammenarbeit mit der UCLA-Postdoktorandin Camila Medeiros und einem internationalen Team zehn verschiedene Blatt- und Holzmerkmale von mehr als 100 Arten in einer Reihe von Umgebungen, hauptsächlich innerhalb des Naturschutzgebiets der University of California. Die von den Wissenschaftlern analysierten Ökosystemtypen – Wüste, Salbei-Küstenbusch, Chaparral, montaner Feuchtwald, gemischte Uferwälder und gemischter Nadelbaum-Laubwald – bedecken etwa 70 % der kalifornischen Landfläche.

„Die Übereinstimmung von Blatt- und Holzmerkmalen mit dem Klima der Arten ist bemerkenswert“, sagte Medeiros, der Erstautor der Studie. Arten, die in wärmeren, trockeneren Klimazonen heimisch sind, neigen beispielsweise dazu, kleiner zu werden, haben dickere und dichtere Blätter und niedrigere Welkepunkte – Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, die Photosynthese fortzusetzen, wenn Wasser knapp ist, und schneller zu wachsen, wenn Wasser leichter verfügbar ist.

„Die Widerspiegelung des bevorzugten Klimas der Arten in ihrem Holz und ihren Blättern ist offensichtlich auf eine jahrtausendealte Evolution zurückzuführen, die die Physiologie der Pflanzen mit dem Klima in ganz Kalifornien in Einklang brachte“, sagte Medeiros.

„Wir haben außerdem herausgefunden, dass viele Pflanzen in den von uns beprobten Ökosystemen Standorte bewohnten, deren Klima von dem abweicht, was wir als ihre optimale Nische einschätzten. Mit dem Klimawandel gehen wir davon aus, dass dies die Empfindlichkeit vieler Arten, darunter auch gewöhnlicher Bäume, tendenziell verschärfen wird.“ wie die Kalifornische Rosskastanie und Sträucher wie der Purpursalbei und der Kalifornische Flieder.“

Wissenschaftler sind sich seit langem uneinig darüber, ob die funktionellen Merkmale von Pflanzen genutzt werden könnten, um ihre Klimapräferenzen genau vorherzusagen. Und bisher kombinierte kein Test alle verfügbaren hochmodernen Messtechnologien – zum Beispiel die Dampfdruckosmometrie zur Bestimmung der Welkepunkte von Pflanzen – mit fortschrittlicher statistischer Modellierung.

„Einige frühere Studien analysierten einzelne Ansätze einzeln, aber unsere Studie war neu, da sie alle gleichzeitig anwendete, und das verlieh uns eine beispiellose Vorhersagekraft“, sagte Medeiros.

Medeiros sagte auch, dass der Ansatz dazu beitragen könnte, Prioritäten zu setzen, welche bedrohten Arten am dringendsten geschützt werden müssen.