Jung und effizient

Obwohl tropische Regenwälder das ganze Jahr über grün sind, gibt es auch hier Schwankungen in der Photosyntheseleistung. Bisherige Erklärungsversuche konzentrierten sich auf die klimatischen Veränderungen. Ein Forscherteam entdeckte nun eine ganz andere mögliche Ursache: Die Blätter. Doch die saisonalen Unterschiede in der Zusammensetzung der Baumkronen und die individuelle Blattentwicklung werden in derzeitigen Modellen noch nicht berücksichtigt, was zu Ungenauigkeiten und Fehlern führt.

Regenwälder sind nicht nur sehr artenreiche Lebensräume, sie haben auch eine herausragende Bedeutung für das Klima. Denn sie speichern große Mengen an Kohlenstoff, der in Form des Treibhausgases Kohlendioxid (CO₂) zum Treibhauseffekt beiträgt. Auf der anderen Seite ist CO₂ auch ein wichtiges Element des Lebens auf unserer Erde: Pflanzen benötigen neben Wasser und Sonnenlicht CO₂, um Photosynthese zu betreiben und damit lebenswichtige Nährstoffe zu erzeugen.  

Saisonale Schwankungen geben Rätsel auf

Doch auch wenn der Regenwald das ganze Jahr über grünt kann man dennoch saisonale Schwankungen der Photosyntheseaktivität beobachten. Da die Wälder eine ganzjährige Vegetationsperiode ohne den bei uns typischen jahreszeitlichen Wechsel aufweisen, ging man davon aus, dass diese saisonalen Veränderungen auf klimatische Faktoren, wie Niederschlagsschwankungen, zurückzuführen sind.

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Modelle legen den Schluss nahe, dass die Pflanzen in den tropischen Wäldern in der Trockenzeit weniger Photosynthese betreiben, da ihnen durch geringere Niederschläge weniger Wasser zur Verfügung steht. Dies lässt sich in der Realität so nicht bestätigen. Messungen im Amazonas zeigen, dass die Produktivität der Pflanzen an einigen Standorten während der Trockenzeit konstant bleibt oder sogar steigt. Warum das so ist, wird unter Wissenschaftlern ausgiebig diskutiert. Eine abschließende Antwort hat man bisher jedoch nicht gefunden.

Eine neue Publikation liefert für diese Widersprüchlichkeit nun eine plausible Erklärung: Die Wälder entledigen sich in der Trockenzeit ihrer alten Blätter und die neu gewachsenen Blätter können CO₂ effizienter aufnehmen.

Trockenzeit als Verjüngungskur

In ihrer Studie überwachte das Forscherteam die Blattveränderungen in den Baumkronen und die Photosyntheseleistung über den Verlauf eines Jahres an verschiedenen Standorten im Amazonas. Sie filmten mit Kameras die Baumkronen und beobachteten darüber hinaus die CO₂-Werte.

Es war nicht überraschend, dass die Photosyntheseleistung an drei von vier Standorten während der Trockenzeit stieg. Spannend war der Blick in die Baumkronen: er ergab, dass die Bäume während der Trockenzeit vermehrt ihre alten Blätter abwarfen, um einer neuen Generation von Blättern Platz zu machen. Dadurch „verjüngen“ sich die Baumkronen. Zudem nahm die Menge an Blätter insgesamt zu, da die neu gewachsenen Blätter die Blattverluste überstiegen.

Qualität statt Quantität entscheidend

Doch die Zunahme an Blättern ist proportional zu gering, um die höhere Photosynthesleistung zu erklären. Die Ursache liegt, den Forschern zufolge nicht in der Quantität, sondern in der Qualität, d. h. der Fähigkeit der Blattzellen, Photosynthese zu betreiben. Die Blätter haben die höchste Photosyntheseleistung, wenn sie gerade frisch ausgewachsen sind und die Leistung nimmt von da an kontinuierlich ab. Darauf aufbauend, entwickelten die Wissenschaftler ein neues Modell, das anstatt auf die Gesamtoberfläche den Fokus auf das Blattalter und das Entwicklungsstadium legt. Die simulierten Ergebnisse des Modells kamen sehr nahe an die beobachtete Photosyntheseleistung heran und bestätigten die Hypothese der Forscher. Durch den „demografischen Wandel“ in der Baumkrone hin zu jüngeren Blättern, wird auch die Produktivität beschleunigt.

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Saisonale Muster in Modellen unzureichend berücksichtigt

Dies zeigt aber auch, dass bisherige Modelle, die die Wechselwirkungen von Klima und tropischen Wäldern untersuchen, unzureichend sind, da sie die saisonale Zusammensetzung der Baumkronen (Demographie) und die Entwicklungsstadien der Blätter (Ontogenese) nicht berücksichtigen. Derzeitigen Modelle gehen typischerweise davon aus, dass die Baumkronen im immergrünen Regenwald eine ganzjährig konstante Blattzusammensetzung aufweisen. Die Forscher der Studie plädieren für realistischere Modelle, welche die saisonalen Veränderungen der Blätter integrieren.  Denn nur mit genauen Modellen ließe sich vorhersagen, wie Regenwälder auf künftige klimatische Veränderungen reagieren.

Ein Appell für bessere Modelle

Auch der britische Ökonomen Sir Nicholas Stern fordert derweil Wissenschaftler, Ingenieure und Ökonomen in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ auf, interdisziplinär zusammenzuarbeiten, um bessere und realistischere Modellierungen für die immensen Risiken des Klimawandels zu erarbeiten. Nur so könnten politische Entscheidungsträger verstehen, was passieren wird, wenn wir uns den Herausforderungen nicht stellen und es verpassen, frühzeitig geeignete Klimaschutzmaßnahmen einzuläuten. Denn nicht nur naturwissenschaftliche Modelle, auch ökonomische Modelle variieren stark und beinhalten Ungenauigkeiten, die die Kosten des Klimawandels verfälschen können.

Stern hatte 2006 mit seinem Bericht „The Stern Review: The Economics of Climate Change”, den er für die britische Regierung verfasste, für Aufsehen gesorgt. Im Bericht betrachtete er die volkswirtschaftlichen Auswirkungen des Klimawandels und betont dessen Gefahr. Es müsse frühzeitig gehandelt werden, denn der Nutzen rechtfertig nicht nur die entstehenden Kosten, er überwiegt. Rückblickend gibt er an, die Risiken unterschätzt zu haben. Dies scheint auch der Grund für die weiteren Bemühungen Sterns zu sein, die Forscher aufzufordern, existierende Modelle kontinuierlich zu verbessern und zu schärfen, damit diese valide Daten liefern.