Pflanzenevolution im Dürre-Experiment - Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

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08.09.2020

Pflanzenevolution im Dürre-Experiment

Kurz & Knapp
  • Im Zuge des Klimawandels werden trockene Regionen noch mehr unter Wassermangel leiden, wie Klimamodelle vorhersagen.
  • Ein Pflanzenforscherteam aus Tübingen hat untersucht, ob und wie sich Pflanzen in ihrer Evolution an geringere Niederschläge anpassen. Dafür nutzten sie ein Langzeit-Feldexperiment in Israel, bei dem die Bewässerung über zwölf Jahre lang bewusst knappgehalten wurde.
  • Das Brillenschötchen konnte sich auf jahrelange Dürre zwar sehr schnell einstellen. Sie blühten früher und produzierten mehr Samen. Andere Faktoren wie die Effizienz der Wassernutzung blieben aber unverändert.

Anpassung im Langzeit-Versuch beobachtet

Trockene Regionen werden Klimaszenarien zufolge künftig unter noch größerer Dürre leiden. Ein Forscherteam aus Deutschland hat nun untersucht, ob und wie sich Pflanzen in ihrer Evolution an geringere Niederschläge anpassen. Der Studie zufolge passen sich Gewächse wie das Brillenschötchen zwar schnell an die Dürre an. Bedeutende weitere Merkmale verändern sich jedoch sehr langsam können mit dem Klimawandel nicht Schritt halten.

Extremwetter wie Hitze, Dürre oder Überschwemmungen sind Folgen des Klimawandels und damit eine der größten Herausforderungen der Zukunft. Schon heute gibt es Regionen wie Wüsten oder Halbwüsten, wo immer seltener Regen fällt. Entsprechende Klimaszenarien prognostizieren, dass es dort künftig noch weniger Niederschläge geben wird.

Mensch und Umwelt müssen sich daher anpassen, um mit den veränderten Klimabedingungen leben zu können. Ob und wie sich Pflanzen an geringere Niederschläge anpassen, hat ein Team um Katja Tielbörger von der Universität Tübingen gemeinsam mit Forschenden der Universitäten Hildesheim, Münster und Köln untersucht. Sie machten sich dafür ein Langzeitexperiment in Israel zunutze, in dem zwölf Jahre lang die Niederschläge von Pflanzengemeinschaften im Feld gezielt gesteuert wurden.

Pflanzen passen sich schnell an die Dürre an

Frühere Studien der Tübinger hatten gezeigt, dass kurzlebige Pflanzen wie das Brillenschötchen gegenüber Dürre extrem resistent sind und dies auf eine schnelle Anpassung hinweist. Im Langzeitexperiment untersuchten sie nun, welche Pflanzeneigenschaften sich dabei verändern. Hier kam ihnen zugute, dass das Experiment entlang eines sehr steilen Regengradienten stattfand.

Das Ergebnis: Pflanzen, die eigentlich an feuchtere Bedingungen gewöhnt sind, kamen mit der künstlichen Dürre recht gut klar. Innerhalb von nur zehn Jahren entwickelten sie einen früheren Blühzeitpunkt und steckten mehr Energie in die Samenproduktion. „Das Experiment liefert uns so einen starken Hinweis darauf, dass die Evolution dieser Eigenschaften tatsächlich eine Anpassung an den Klimawandel darstellte,“ sagt Katja Tielbörger.

Einige Anpassungsprozesse laufen zu langsam ab

Bei den Veränderungen handelte es sich um klassische Anpassungen, wie sie unter trockenen Bedingungen bei Wüstenpflanzen zu finden sind. Davon betroffen waren zudem auch nicht Eigenschaften. „Zwar konnten wir belegen, dass eine schnelle Evolution bei wichtigen Pflanzeneigenschaften möglich ist; daneben gibt es aber auch Eigenschaften, bei denen die Anpassungsprozesse womöglich zu langsam ablaufen, um mit dem Klimawandel Schritt zu halten“, sagt Tielbörger.

So waren die Pflanzen im Laufe des Langzeitexperiment nicht in der Lage, alle wichtigen Merkmale schnell und dauerhaft an den zunehmenden Wassermangel anzupassen. Überlebenswichtige Eigenschaften, die im Experiment nicht evolvierten, waren zum Beispiel die Effizienz der Wassernutzung oder die Länge der Samenruhe.