Welche Pflanzenarten überleben den Klimawandel?

Der Klimawandel bedroht weltweit die Artenvielfalt. Eine Formel für Trockentoleranz soll vorhersagen, welche Pflanzenarten die Erderwärmung überstehen werden.

Manche Pflanzenarten überstehen langanhaltende Dürreperioden, während andere schon nach kurzer Trockenheit verwelken. Seit langem versuchen Wissenschaftler zu verstehen, warum Pflanzen Trockenstress unterschiedlich gut tolerieren, um die Folgen des Klimawandels für die Artenvielfalt bestimmter Ökosysteme besser abzuschätzen.

Uneinigkeit in Punkto Trockentoleranz

Bisher waren sich Wissenschaftler jedoch uneins, welche physiologischen Eigenschaften am besten geeignet sind, um die Trockentoleranz von Pflanzen zu messen. So war bereits bekannt, dass Pflanzen gelöste Stoffe in ihren Zellsäften anreichern, um den Zellinnendruck auf die Zellwände aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise verhindern sie, dass die Zellwände erschlaffen und die Blätter verwelken. Eine zweite These besagt, dass die Elastizität der Zellwände entscheidet, ob Pflanzen Trockenheit überleben. Viele Pflanzen in Wüstenregionen besitzen beispielsweise sehr steife Zellwände. Die besonders kleinen und harten Blätter, so vermuteten Wissenschaftler, speichern die Feuchtigkeit besser und verwelken auch während langanhaltender Trockenperioden nicht.

Der Salzgehalt einer Pflanze verrät wo sie wächst

In einer globalen Metastudie brachten Wissenschaftler erstmals alle Eigenschaften, die als typisches Maß für Trockentoleranz in Pflanzen gelten, mit der Wasserverfügbarkeit bestimmter Ökosysteme in Zusammenhang. Die Forscher nutzten Daten aus 72 Studien und analysierten die Eigenschaften von 317 Pflanzenarten in tropischen, gemäßigten und ariden Ökosysteme rund um den Globus.

#####bildbox1#####

Demnach lässt sich anhand des Salzgehaltes der Zellsäfte zuverlässig ableiten, ob Pflanzen in trockenen Gebieten wachsen und welche Pflanzen ein Ökosystem dominieren. Laut der neuen mathematischen Berechnungen können Pflanzen mit einem hohen Salzgehalt den sogenannten Turgor-Loss-Point (TLP) verringern. Das ist der Zeitpunkt, an dem der Innendruck der Zellen nachlässt und die Zellwände erschlaffen. Die Pflanze beginnt zu welken und kann nicht mehr wachsen. Wird das Wasser knapp, muss die Pflanze daher abwägen, ob sie ihre Spaltöffnungen schließt, um Wasser zu sparen aber möglicherweise verhungert oder mit welken Blättern Photosynthese betreibt und die Schädigung der Zellwand und wichtiger Proteine riskiert.

Ein niedriger TLP hält die Blätter frisch

Gelöste Stoffe und Salze sichern dabei das Überleben der Pflanze, indem sie wie ein Puffer gegen Substanzen wirken, die sich bei Trockenstress in der Vakuole anreichern. Normalerweise würde die Vakuole dem umliegenden Cytoplasma aufgrund des osmotischen Potentials das Wasser entziehen. Mit dem Trick, gelöste Stoffe im Cytoplasma anzureichern, gleicht die Pflanzen den Konzentrationsunterschied wieder aus.

Wie die Metaanalyse zeigte, besitzen Pflanzen an trockenen Standorten einen negativeren TLP. Dieser erlaubt der Pflanze auch bei Trockenheit den Druck auf die Zellwände aufrecht zu erhalten. Pflanzen mit niedrigem TLP können daher auch in trockenen Zeiten ihre Spaltöffnungen öffnen und weiterhin Photosynthese betreiben und wachsen. Steife Zellwände, so fanden die Wissenschaftler heraus, tragen dagegen nur indirekt zum Trockenschutz bei. Sie verhindern beispielsweise, dass die Zellen bei Trockenheit schrumpfen.

Die Strategie von Kakteen und Agaven

Nicht alle Pflanzen bestätigten jedoch das Modell der Forscher. Einige der bekanntesten Wüstenpflanzen, wie beispielsweise Kakteen und Agaven besitzen flexible Zellwände und einen niedrigen Salzgehalt in ihren Zellen. Diese Pflanzen bestehen jedoch hauptsächlich aus Wasserspeicherzellen und schützen sich nach Meinung der Forscher mit einer anderen Strategie. Statt Schutzmechanismen gegen die Dürre in Gang zu setzen, vermeiden sie die Trockenheit. Denn mit ihrem gespeicherten Wasservorrat können sie auch bei geöffneten Stomata überleben bis es wieder regnet.

Die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass sich aufgrund des Salzgehaltes und des TLPs zukünftig zuverlässig berechnen lässt, welche Pflanzenarten besonders empfindlich auf den Klimawandel reagieren. Mit diesem Wissen ließen sich möglicherweise auch bessere Strategien entwickeln, um die Vielfalt der Pflanzenwelt zu schützen.