Die durch die globale Erwärmung verursachten hohen Hitze- und Niedrigwasserbedingungen schwächen die Widerstandskraft der Kiefern gegen Krankheiten, indem sie ihre Fähigkeit behindern, eine wirksame Abwehr aufzubauen, während gleichzeitig pathogene Pilze in ihrem Gewebe aggressiver werden, wie neue Forschungsergebnisse nahelegen.
Die Studie ist die erste, die gleichzeitig die metabolische Genexpression in beiden Wirtsbäumen und die Pathogene untersucht, die sie unter normalen Bedingungen und Bedingungen des Klimawandels angreifen. Die Ergebnisse helfen, die Mechanismen hinter einer inzwischen allgemein bekannten Tatsache zu erklären: Die Erwärmung der Welt macht Bäume anfälliger für Krankheiten.
Die Studie wurde an österreichischen Kiefern durchgeführt, die in Südeuropa beheimatet sind und in den Vereinigten Staaten als Zierpflanzen verwendet werden. Die Forscher testeten die Auswirkungen des Klimawandels auf die Bäume nach einer Infektion durch zwei verwandte Pilze, die im Laufe der Zeit große Teile dieser Kiefern getötet haben.
„Wir haben uns entschieden, die Auswirkungen der kombinierten Belastungen durch höhere Temperaturen und geringere Wasserverfügbarkeit zu untersuchen, weil dies die Bäume in der Zukunft erleben werden“, sagte der leitende Autor Enrico Bonello, Professor für molekulare und chemische Ökologie von Bäumen an der Ohio State University Department of Pflanzenpathologie.
„Innerhalb von drei Tagen nach der Infektion unter den Bedingungen des Klimawandels wurde der Baum in zwei verschiedene Richtungen gezogen: Ihm wurde sowohl durch reduzierte Photosynthese als auch durch verstärkte Aufnahme des Kohlenstoffs durch die Pilze Kohlenstoff entzogen. Wenn wir über Kohlenstoff sprechen, wir ‚ Apropos Zucker, Nahrung und Reserven für alle anderen Stoffwechselprozesse in den Bäumen, einschließlich Wachstum und Abwehr.
Die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen in Wäldern und globaler Wandel.
Die Kohlenstoffbindung durch die Wälder der Welt ist ein wichtiger Faktor, um die Auswirkungen des Klimawandels zu mildern, und könnte beschleunigt werden, wenn Verbesserungen an ihrem Schutz, ihrer Bewirtschaftung und ihrer Wiederherstellung vorgenommen werden, sagen Experten. In einer Studie über US-Waldparzellen aus dem Jahr 2021 schätzten Wissenschaftler, dass die jüngsten Krankheiten und Insektenstörungen die Kohlenstoffbindungsraten von 2001 bis 2019 um 28 % bzw. 69 % im Vergleich zu ungestörten Wäldern gesenkt hatten.
„Dies ist ein weiterer Grund, die durch menschliche Aktivitäten verursachte globale Erwärmung zu bekämpfen – ein weiterer Beweis dafür, dass das, was wir dem Planeten antun, so viele Auswirkungen hat“, sagte Bonello.
Er und seine Kollegen setzten drei Jahre alte österreichische Kiefern zwei Arten von Bedingungen aus: Tagestemperaturen von 59 bis 82,4 Grad Fahrenheit für die Kontrolle oder, um die Bedingungen des Klimawandels nachzuahmen, Tagestemperaturen von 68 bis 91,4 Grad Fahrenheit, was die Menge reduzierte Wasser in der Atmosphäre im Vergleich zu verfügbarem Wasser bei kühleren Temperaturen. Nachdem sich die Bäume an ihre Bedingungen gewöhnt hatten, wurden sie mit einem von zwei Stämmen des pathogenen Pilzes inokuliert.
Diplodia sapinea, ein aggressiver Pilz, und sein weniger aggressiver Verwandter Diplodia scrobiculata kommen sowohl in der nördlichen als auch in der südlichen Hemisphäre vor. Sie bleiben die meiste Zeit inaktiv und warten auf die beste Gelegenheit, Wirtszellen zu töten und sich von dem toten Pflanzenmaterial zu ernähren – normalerweise, wenn ihr Wirt geschwächt ist. Neben dem Absterben österreichischer Kiefern haben die Pilze auch begonnen, Waldkiefern in Skandinavien zu schädigen.
„Die Hypothese ist, dass die Erwärmung und die geringere Wasserverfügbarkeit in diesen Gebieten Bäume anfälliger für einen Krankheitserreger machen, der normalerweise im Hintergrund sitzen würde“, sagte Bonello.
Drei Tage nach der Infektion sammelte das Team Pflanzen- und Pathogengewebe, das für eine RNA-Sequenzanalyse verwendet wurde, um Genaktivierung oder -expression, Musteränderungen in den Bäumen und beiden Pilzstämmen zu identifizieren.
Die Analyse zeigte eine grundlegende Veränderung der Bäume, die den Bedingungen des Klimawandels ausgesetzt waren: Ihre Fähigkeit, Photosynthese zu betreiben, nahm ab, was bedeutet, dass sie weniger Ressourcen hatten, um in ihre eigene Nahrungsversorgung, ihr Wachstum und ihre Krankheitsabwehr zu investieren. Gleichzeitig steigerten beide Pilzstämme ihre Kohlenstoffverwertungsmaschinerie, und der übliche Unterschied zwischen ihrer Aggressivität verschwand – sie wurden signifikant pathogener und in gleichem Maße als unter normalen Bedingungen.
„Im Wesentlichen führten die Bedingungen des Klimawandels dazu, dass der Wirt verhungerte, was durch die Tatsache verstärkt wird, dass die Pilze aggressiver wurden, schneller wuchsen und mehr Wirtsgewebe schneller töteten“, sagte Bonello. „Das waren frühe Reaktionen, aber es gibt uns eine Vorstellung davon, was im System passiert.“
Während diese Ergebnisse ein Beispiel für eine Baumart und eine Art von Krankheitserregern sind, bietet die Forschung Einblicke in den möglichen Schaden, den die globale Erwärmung einer der wichtigsten Kohlenstoffsenken des Planeten zufügen kann.
„Invasionen von Krankheitserregern und Schädlingen wirken sich bereits auf die Kohlenstoffbindung aus“, sagte Bonello. „Wenn Sie es mit dem Klimawandel noch schlimmer machen, wird die Kohlenstoffbindung negativ beeinflusst, weil Bäume in immer größerer Zahl sterben werden. Bäume, die andernfalls widrige Umweltbedingungen für eine Weile überleben und sich erholen könnten, wenn die Bedingungen besser oder zeitweise werden, können getötet werden inzwischen durch Krankheitserreger.“
Soumya K. Ghosh et al, Mechanismen der Anfälligkeit für Kiefernkrankheiten unter experimentellem Klimawandel, Grenzen in Wäldern und globaler Wandel (2022). DOI: 10.3389/ffgc.2022.872584