Globalisierung auch in der Mikrobenwelt

Das Bodenmikrobiom verliert an Vielfalt – weltweit!

29.03.2021 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Veränderungen der mikrobiellen Diversität in Böden können wichtige Ökosystemfunktionen wie etwa den Nährstoffkreislauf beeinflussen. (Bildquelle: © Jing / Pixabay / CC0)

Veränderungen der mikrobiellen Diversität in Böden können wichtige Ökosystemfunktionen wie etwa den Nährstoffkreislauf beeinflussen. (Bildquelle: © Jing / Pixabay / CC0)

Lokal mehr Artenvielfalt, global aber eine größere Angleichung der mikrobiellen Lebensgemeinschaften: ForscherInnen haben die globalen Trends untersucht.

Die mikrobiellen Lebensgemeinschaften im Boden wirken im Unsichtbaren. Trotzdem sind sie entscheidend für funktionierende Ökosysteme. Allerdings ist bisher nur wenig darüber bekannt, wie sich diese auch für den Menschen enorm wichtigen Lebensgemeinschaften in der Zukunft durch den Klimawandel und durch Landnutzungsänderungen wandeln werden: Nimmt ihre Biodiversität eher ab oder zu? In einer neuen Studie hat ein Forschungsteam unter der Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) in Leipzig mögliche Veränderungen modelliert.

Ohne Mikroben nix los

Die mikrobiellen Lebensgemeinschaften im Boden regeln die Zersetzung organischer Substanz, sorgen für seine Fruchtbarkeit und bilden Symbiosen mit verschiedenen Pflanzenarten. Tiefgreifende Veränderungen in diesem System hätten möglicherweise fatale Auswirkungen auf die Funktionstüchtigkeit von Ökosystemen und damit auch auf das Wohlergehen der Menschen. Aber auch diese Lebensgemeinschaften werden sich in Zukunft möglicherweise stark verändern. Denn längst nimmt der Klimawandel auch auf den Boden und seine Lebewesen Einfluss, etwa durch höhere Temperaturen und veränderte Niederschlagsmengen. Auch Landnutzungsänderungen, etwa bei der Umwandlung von Wald in Acker, haben einen Einfluss auf das Leben im Boden.

Das Forschungsteam analysierte die verfügbaren Daten zu bodenlebenden Bakterien und Pilzen aus 18 Ländern auf sechs Kontinenten und modellierte verschiedene Szenarien unter Berücksichtigung der aktuellen Prognosen zu Klima- und Landnutzungsänderungen (Temperatur, Niederschlag und Vegetation) für den Zeitraum von 1950 bis 2090.

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Bodenquerschnitt: Der Oberboden ist der fruchtbarste Teil des Bodens.

Bodenquerschnitt: Der Oberboden ist der fruchtbarste Teil des Bodens.

Bildquelle: © Pflanzenforschung.de

Mehr Vielfalt, aber gleichförmigere Zusammensetzung

Die Modelle berechneten eine lokale Zunahme der Artenvielfalt (Alpha-Biodiversität) bei Bakterien und Pilzen in allen Szenarien. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit anderen Studien, die ebenfalls eine lokale Erhöhung der Bakterienvielfalt ergaben, vor allem bei Landnutzungsänderungen. Auch die Häufigkeit bestimmter funktionaler Gene könnte durch Landnutzungsänderungen zunehmen. Die Modelle deuteten beispielsweise auf eine Zunahme bestimmter Phosphat-Transportgene nach der Umwandlung von Wald zu Acker. Allerdings erlaubten sie keine weitergehenden Aussagen zu den Konsequenzen.

Allerdings zeigten die neuen Berechnungen auch eine weltweite Homogenisierung der Bakteriengemeinschaften in mehr als 85 Prozent der terrestrischen Ökosysteme. Grund hierfür ist vermutlich die mit dem Klimawandel einhergehende Erhöhungen des pH-Wertes des Bodens und die vielerorts abnehmenden Niederschlagsmengen. Bakteriengattungen, die einen niedrigen pH-Wert bevorzugen – etwa die häufig vorkommende und knöllchenbildende Gattung Bradyrhizobium – könnten daher in Zukunft zahlenmäßig an Bedeutung verlieren.

Durch die weltweite Angleichung der Bakteriengemeinschaften werden voraussichtlich vor allem hochspezialisierte Bakteriengemeinschaften verschwinden. Das wiederum könnte die Funktionalität und Anpassungsfähigkeit von Ökosystemen an sich verändernde Umweltbedingungen deutlich beeinträchtigen.

Mehr Pathogene

Zudem werden voraussichtlich auch Pathogene zu den „Gewinnern“ des Klimawandels gehören, beispielsweise die Gattung Mycobacterium. In diese Gruppe fallen Krankheitserreger, die bei Menschen Tuberkulose und Lepra auslösen. Weitere Nutznießer: Bakterien, die zahlreiche Antibiotikaresistenzgene in sich tragen (z. B. Streptomyces mirabilis) und pilzliche Pflanzenpathogene (z. B. Venturia spp.).

Diese Entwicklung sieht das Team kritisch. Es macht darauf aufmerksam, dass in den meisten politischen Dokumenten und Umweltschutzbewertungen das Bodenmikrobiom bislang so gut wie nicht berücksichtigt werde. Politische Entscheidungsträger seien daher kaum in der Lage, fundierte Entscheidungen zum Schutz der Bodenökosysteme zu treffen. Sie hoffen, dass ihre Arbeit das nun ändern werde.


Quelle:
Guerra, C. A. et al. (2021): Global projections of the soil microbiome in the Anthropocene. In: Global Ecology and Biogeography, (19. Februar 2021), doi: 10.1111/geb.13273.

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Titelbild: Veränderungen der mikrobiellen Diversität in Böden können wichtige Ökosystemfunktionen wie etwa den Nährstoffkreislauf beeinflussen. (Bildquelle: © Jing / Pixabay / CC0)