Ultraschall enthüllt die Dürre-Überlebensgeheimnisse von Bäumen

Das Gewebe lebender Bäume könnte das Geheimnis darüber enthalten, warum einige nach einer Dürre wieder genesen und andere sterben. Aber diese Gewebe sind schwer in ausgewachsenen Wäldern zu bewerten. Immerhin können 90 Jahre alte Bäume nicht ins Labor gehen, um einen Bildscan zu machen. Die meisten Untersuchungen zu den Auswirkungen von Dürren auf Pflanzen werden daher im Labor und an jüngeren Bäumen durchgeführt - oder durch Kernentnahme aus ausgewachsenen Bäumen.

Barbara Beikircher, eine Ökophysiologin an der Universität Innsbruck in Österreich, und ihre Kollegen kamen auf einen anderen Ansatz: Sie brachten das Labor zu den Bäumen.

In dem Kranzberg-Wald außerhalb von München rüstete das Team ausgereifte Fichten- und Buchenbestände mit robusten, wasserdichten Ultraschallsensoren aus. Einige Bestände waren durch Dächer abgedeckt, um die Sommerregen zu blockieren und künstliche Dürrebedingungen zu schaffen.

Fünf Jahre Überwachung enthüllten, dass Buchen (Fagus Sylvatica) widerstandsfähiger gegen Dürren sind als Fichten (Picea abies), berichtete das Team im Dezember in Plant Biology. Die Untersuchung der zugrunde liegenden Mechanismen erklärte diesen Unterschied.

Stressige Dürren führten dazu, dass Bäume mehr Ultraschallsignale produzierten als Bäume, die im Sommer Regen ausgesetzt waren. Die leisen akustischen Wellen wurden von Luftblasen abgeprallt, die als Embolien tief im Gefäßsystem der Bäume bezeichnet werden. Oberflächenhaftung hält Wasser durch Tausende von winzigen Gefäßen im Baum in Bewegung - Verdunstung durch Poren in Blättern treibt Wasser den Stamm hinauf (SN: 9/6/22). Aber wenn es im Boden nicht genügend Wasser gibt, können Embolien entstehen, die die Gefäße verstopfen. In den Experimenten klangen Fichten viel mehr als Buchen, was darauf hindeutet, dass sie weit mehr Embolien hatten.

Dies trotz der Tatsache, dass Buchen in Sachen Wassermanagement zumindest oberirdisch weniger konservativ erscheinen. Bäume können Embolien verhindern, indem sie die Poren auf ihren Blättern schließen, aber es gibt einen Trade-off. Dies führt dazu, dass die Versorgung mit Kohlendioxid, das die Photosynthese antreibt, abgeschnitten wird, was die Kohlenhydrate und Zucker herstellt, die Bäume zum Leben und Wachsen benötigen. In trockenen Bedingungen stehen die Bäume vor einer unmöglichen Wahl "zwischen hungern und verdursten", sagt Beikircher.

Buchen hatten trotz des längeren Offenhaltens ihrer Poren weniger Embolien als die Fichte. Vielleicht liegt das daran, dass Buchen Wurzeln haben, die in tieferem, feuchteren Boden reichen, sowie robustere Wasserreserven, sagt Beikircher. Eine weitere Gruppe von Experimenten nachdem die Forscher die Dürre gelindert hatten, deutet darauf hin.

Am Ende des Experiments tränkte das Team den Boden. Alle Bäume erholten sich in den meisten Bereichen gut: die Raten der Photosynthese in den zuvor ausgedörrten Bäumen erreichten die Raten der Bäume in der Kontrollgruppe und Embolien füllten sich mit Wasser.

Aber als Beikircher den Widerstand der Bäume gegen einen elektrischen Strom maß, ein Hinweis auf Feuchtigkeitsniveaus tief in den Stämmen, waren die Wasserreserven der Fichten immer noch erschöpft. Eine Jahreszeit der Regen war nicht genug, um diesen Bäumen vollständig zu helfen, sich zu erholen. Es ist unklar, ob Fichten nach langen Dürren ihre Reserven wieder auffüllen können und wie lange das dauern könnte.

Bewährte Arten, die Trockenbedingungen standhalten können und schneller wieder genesen können, können in zukünftigen Wäldern häufiger vorkommen, da der Klimawandel dazu führt, dass Dürren häufiger und intensiver werden (SN: 3/10/22). Das bedeutet, dass sich die Zusammensetzungen der Bäume, aus denen die gemäßigten Wälder der Welt bestehen, ändern könnten, wenn das Klima wärmer wird, mit ungewissen Konsequenzen für die anderen Pflanzen und Tiere in diesen Ökosystemen.

Beikircher plant zu testen, ob ein vielfältigerer Wald dazu beitragen könnte, dass anfällige Arten wie die Fichte überleben können. Tiefwurzelnde Buchen, die mit Fichten durchsetzt sind, könnten dazu beitragen, dass Feuchtigkeit in den oberen Bodenschichten zunimmt, indem sie Wasser zu den Wurzeln der Fichte transportieren, sagt sie.