Jülich, 2. Dezember 2015 – Mehr CO2 – mehr Pflanzenwachstum, so lautet die einfache Formel, mit der einige Klimamodelle rechnen. Offenbar reagieren viele Pflanzen aber anders: nämlich mit weniger Transpiration, also weniger Abgabe von Wasser in die Atmosphäre. Die Folgen sind noch unklar. Biologen des Forschungszentrums Jülich gehen dem Phänomen ab Frühjahr 2016 mit einem neuen Versuchsstand auf den Grund.
"Eine einfache Faustformel bei Pflanzen gibt es nicht. Das Wechselspiel zwischen Pflanzen und Klima ist viel komplexer, als es die derzeitigen Modelle berücksichtigen", sagt Prof. Uwe Rascher vom Jülicher Institut für Bio- und Geowissenschaften. Einige Pflanzen wie die Sojabohne nehmen tatsächlich mehr CO2 auf und produzieren mehr Biomasse. Allerdings haben Forscher in den USA festgestellt, dass dieses zusätzliche Wachstum unstrukturiert erfolgte. "Die Pflanzen bildeten ihr Gewebe anders aus, wuchsen zwar höher, aber ihr Stützgewebe war schwächer", erklärt der Jülicher Wissenschaftler.
Gleichzeitig stellten Pflanzenphysiologen fest, dass einige Arten auf ein erhöhtes CO2-Angebot mit dem Schließen ihrer Spaltöffnungen in den Blättern reagieren – oder sogar die Anzahl der für die Transpiration wichtigen Öffnungen dauerhaft reduzieren. "Es scheint einen evolutionären Effekt zu geben", berichtet Rascher. So haben Forscher die Anatomie von Blättern vom gleichen Standort und der gleichen Pflanzenart von vor 100 Jahren und heute verglichen. "Die Blätter weisen weniger Spaltöffnungen pro Quadratzentimeter auf", erläutert Rascher.
Spaltöffnungen dienen den Pflanzen eigentlich dazu, auf Trockenheit oder Wasserstress zu reagieren. Die Pflanze kann durch Öffnen und Schließen dieser Spalte an der Unterseite ihrer Blätter gezielt Wasser abgeben oder einsparen. Gleichzeitig nehmen Pflanzen über diese Öffnungen CO2 auf, das sie mit Hilfe von Sonnenlicht in Zucker umwandeln. Enthält die Luft mehr Kohlendioxid, können es sich die Pflanzen quasi leisten, ihre Poren zu verengen oder weniger Spaltöffnungen zu bilden, ohne einen Energieverlust dafür in Kauf nehmen zu müssen. Wenn mehr CO2 in der Luft die Anzahl der Spaltöffnungen in Blättern reduziert, scheint das zunächst vorteilhaft für die Pflanzen zu sein, denn sie verlieren so weniger Wasser.
Das bedeutet aber gleichzeitig, dass weniger Wasser über die Pflanzen in die Atmosphäre abgegeben wird. Die Folge könnten bis jetzt noch unbekannte Rückkopplungszyklen mit dem Klima sein. "Dieses Phänomen könnte enorme Auswirkungen auf das Klima haben, wenn zum Beispiel die tropischen Regenwälder ihre Transpiration von Wasser drosseln", warnt Rascher. "Das führt zu veränderten Niederschlagsmengen und Trockenperioden." Aber nicht alle Pflanzen der Tropen reagieren so, haben Forscher festgestellt. Lianen wachsen beispielsweise aufgrund des erhöhten CO2 Angebots schneller als die dickstämmigen Urwaldbäume. „Wie sich dies auf das empfindliche Ökosystem der Tropen auswirkt, ist Gegenstand intensiver internationaler Forschung", berichtet Rascher. "Eine Gefahr besteht darin, dass Lianen große Baumbestände überwuchern und durch ihr Gewicht zu Fall bringen."
Wie sich der Ertrag bei Getreide und anderen Nutzpflanzen bei einer erhöhten CO2-Konzentration in Deutschland ändert, prüfen Jülicher Wissenschaftler ab dem Frühjahr 2016 in einem "FACE"-Versuchsaufbau am Campus Klein-Altendorf in der Nähe von Bonn. FACE steht für „Free Air Carbon Dioxide Enrichment“. Bei den Freilandexperimenten sind mehrere Felder von einem Ring aus präzise gesteuerten Ventilen und Düsen umgeben. So kann die Konzentration von Kohlendioxid im Inneren des Rings genau eingestellt werden. „Wir werden mit einem Wert von 500 ppm CO2 arbeiten, wie er für 2050 erwartet wird", erklärt Rascher, „uns interessiert es vor allem, ob und wie dieser erhöhte CO2-Wert sich auf die Evolution der Pflanzen auswirkt."
Ansprechpartner:
Prof. Uwe Rascher, Institut für Bio- und Geowissenschaften, Bereich Pflanzenwissenschaften (IBG-2)
Tel.: +49 (2461) 61-2638
E-Mail: u.rascher@fz-juelich.de
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E-Mail: u.rascher@fz-juelich.de