Madhav P. Thakur, Leiter der Forschungsgruppe Terrestrial Ecology am Institut für Ökologie und Evolution der Universität Bern.

Pflanzen-Sprosse und Wurzeln reagieren unterschiedlich auf Klimawandel

Publiziert

Eine neue Studie von einer internationalen Forschungsgruppe, an der auch Madhav P. Thakur von der Universität Bern beteiligt war, zeigt, dass sich der Klimawandel unterschiedlich auf die oberund unterirdischen Teile von Pflanzen auswirkt. Diese Erkenntnisse sind wichtig, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität besser zu verstehen.

Die meisten Organismen folgen über das Jahr hinweg einem Zeitplan, der beispielweise bestimmt, wann sie sich fortpflanzen, wann Winterschlaf gehalten wird und vieles mehr. Der periodische Ablauf wird als Phänologie bezeichnet und ist entscheidend für das Überleben der Organismen sowie ihren Beitrag zu verschiedenen Ökosystemfunktionen. Eine der am häufigsten beobachteten Reaktionen von Organismen auf den Klimawandel sind Veränderungen in ihrer Phänologie. Studien haben bereits gezeigt, dass sich die Phänologie vieler Pflanzen aufgrund des Klimawandels verschiebt: Beispielsweise blühen viele Pflanzen nun früher in ihrer Vegetationsperiode. Bisher war jedoch wenig darüber bekannt, ob sich die oberirdischen phänologischen Veränderungen der Pflanzen (an den Sprossen) von den unterirdischen phänologischen Veränderungen (an den Wurzeln) unterscheiden.

Eine kürzlich veröffentlichte Studie von einer internationalen Forschungsgruppe, darunter Professor Madhav P. Thakur vom Institut für Ökologie und Evolution der Universität Bern, zeigt nun, dass es in der Tat grosse Unterschiede gibt in der Art und Weise, wie sich die oberirdische Phänologie im Vergleich zur unterirdischen Phänologie der Pflanzen aufgrund des Klimawandels verändert. Die Studie ist eine der ersten Synthesen von weltweit experimentell erhobenen Daten zur Auswirkung der Erwärmung auf die Phänologie der Sprosse und Wurzeln.

Eine gängige Annahme wird in Frage gestellt

Ein Grossteil der phänologischen Forschung untersucht lediglich die oberirdische Phänologie der Pflanzen (z.B. die Blütezeit, die Länge der Vegetationsperiode usw.). In der Forschung wurde häufig angenommen, dass die oberirdischen phänologischen Veränderungen der Pflanzen mit den Veränderungen unter der Erde Übereinstimmen. Diese Annahme wird auch häufig in Modellen verwendet, welche zukünftige Ökosystemmerkmale wie zum Beispiel den Kohlestoffkreislauf vorhersagen.

Ohne die Phänologie von Sprossen und Wurzeln vollständig zu kennen, ist es jedoch sehr schwierig abzuschätzen, wie der Klimawandel die Pflanzengemeinschaften und damit die Ökosysteme in Zukunft verändern wird. Mit der neuen Studie wollten Dr. Huiying Liu und Xuhui Zhou von der East China Normal University und Madhav P. Thakur von der Universität Bern deshalb diese Annahme in Frage stellen, inwiefern sich der Klimawandel gleichermassen auf die oberirdische und die unterirdischen Pflanzenphänologie auswirkt.

Phänologische Ungleichgewichte sind häufig

Um zu untersuchen, ob es tatsächlich eine Diskrepanz gibt, trugen die Autoren Daten aus 88 bereits veröffentlichten Studien zusammen, in denen die Phänologie von Pflanzen oberund unterirdisch untersucht wurde. ’Wir waren bei der Auswertung Überrascht, wie häufig wir unterschiedliche Reaktionen der oberund unterirdischen Teile der Pflanzen auf die Erwärmung festgestellt haben’, sagt Huiying Liu, Erstautorin der Studie.

Gehölzpflanzen wie Bäume reagierten unterirdisch stärker als oberirdisch, während krautige Pflanzen wie Gräser und Kräuter oberirdisch stärker reagierten als unterirdisch. ’Diese Ergebnisse werden die ökologische Forschung zum Klimawandel erheblich voranbringen, weil sie die Bedeutung der Phänologie der Pflanzenwurzeln verdeutlichen’, sagt Madhav P. Thakur von der Universität Bern, Letztautor der Studie.

Wenn sich aufgrund der Erwärmung die Wurzelphänologie verschiebt - oder eben nicht - hat dies auch einen Einfluss auf die vielen weiteren Organismen im Boden, die von der Wurzel als Ressource abhängig sind. ’Wenn oberirdische Organismen wie Insekten die pflanzlichen Ressourcen anders nutzen als die unterirdisch lebenden, ist davon auszugehen, dass ein Ungleichgewicht in den Ökosystemen entsteht. Über die effektiven Auswirkungen eines solchen Ungleichgewichts, das durch phänologische Abweichungen ausgelöst wird, wissen wir aber noch sehr wenig’, betont Thakur.

’Dramatische Veränderungen in den Ökosystemen’

Madhav P. Thakur war Überrascht von der Häufigkeit und Regelmässigkeit der phänologischen Ungleichgewichte, die in der Studie offensichtlich wurden: ’Die Pflanzenphänologie ist nicht nur für Pflanzen wichtig, sondern auch für Pflanzenfresser und Mikroorganismen, da diese von Pflanzen abhängig sind. Wenn sich der Klimawandel unterschiedlich auf die oberund unterirdischen Nahrungsketten auswirkt, wird dies dramatische Veränderungen in den Ökosystemen zur Folge haben’, befürchtet Thakur.

Die Wechselwirkungen zwischen Erdreich und Erdoberfläche sind für die Biodiversität und die Funktionsfähigkeit der Ökosysteme von entscheidender Bedeutung. Es bedarf gemäss den Forschenden deshalb weiterer experimenteller Forschung, um zu verstehen, wie sich solche phänologischen Ungleichgewichte bei Pflanzen auf Mikroorganismen und Tiere auswirken. Angesichts der gravierenden Auswirkungen des Klimawandels wie Hitzewellen, längere Dürreperioden oder starke Niederschläge, seien diese Forschungsergebnisse jedoch beunruhigend im Hinblick auf die Zukunft der Ökosysteme.

Publikationsdetails:

Liu, H, Wang, H, Li, N, Shao, J, Zhou, X, van Groenigen, KJ, Thakur, MP (2021) Phenological mismatches between aboveand belowground plant responses to climate warming. Nature Climate Change. DOI: 10.1038/s41558-021-01244-x

Das Institut für Ökologie und Evolution

Das Institut für Ökologie und Evolution an der Universität Bern widmet sich der Forschung und Lehre in allen Aspekten von Ökologie und Evolution und versucht eine wissenschaftliche Basis für das Verständnis und die Erhaltung der lebenden Umwelt zu bieten. Es untersucht die Mechanismen, durch die Organismen auf ihre Umwelt reagieren und mit ihr interagieren, einschliesslich phänotypischer Reaktionen auf individueller Ebene, Veränderungen in Häufigkeiten von Genen und Allelen auf Populationsebene wie auch Veränderungen in der Artenzusammensetzung von Gemeinschaften bis hin zur Funktionsweise von ganzen Ökosystemen.

EVENTS

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 25.-26. Januar 2023

Ort: Zürich (CH)

LOGISTICS & AUTOMATION

Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 25.-26. Januar 2023

Ort: Zürich (CH)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 14.-16. Februar 2023

Ort: Köln (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 07.-10. März 2023

Ort: Lyon (F)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 10. März 2023

Ort: Wädenswil (CH)

Hannover Messe

TRANSFORMING INDUSTRY TOGETHER

Datum: 17.-21. April 2023

Ort: Hannover (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 25.-27. April 2023

Ort: Stuttgart (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04.-10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Nürnberg (D)

LABVOLUTION

Als europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows bildet die LABVOLUTION das gesamte Spektrum der Laborwelt ab und zeigt neue Wege für Anwenderbranchen auf.

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Messegelände Hannover (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 27.-30. Juni 2023

Ort: München (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 4.-5. Juli 2023

Ort: Berlin (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 05.-07. September 2023

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Basel (CH)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 24.-27. Oktober 2023

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Die führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz.

Datum: 16.-19. Januar 2024

Ort: Basel (CH)

Swisstech

Internationale Fachmesse für Werkstoffe, Komponenten und Systembau

Datum: 16.-19. Januar 2024

Ort: Basel (CH)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 16.-19. April 2024

Ort: Halle d'Exposition, Moutier (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führenden Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai - 07. Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Bern (CH)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Bezugsquellenverzeichnis