In einer überraschenden Wendung eines der grundlegendsten Prozesse der Biologie hat eine neue Studie, die am 17. Oktober 2025 in der Open-Access-Zeitschrift Carbon Research veröffentlicht wurde, ergeben, dass Pflanzenwurzeln aktiv CO? aus dem Boden aufnehmen können – und dieser verborgene Prozess wird stark von Licht, Dünger und atmosphärischen Bedingungen beeinflusst.
Unter der Leitung von Dr. Amiran Khabidovich Zanilov am Zentrum für die Dekarbonisierung des agroindustriellen Komplexes und der regionalen Wirtschaft der nach HM Berbekov benannten Kabardino-Balkarischen Staatlichen Universität schreibt dieses innovative Modellexperiment das Lehrbuch zur Ernährungsweise von Pflanzen neu – und bietet neue Erkenntnisse zum globalen Kohlenstoffkreislauf.
Ein neues Fenster zur Pflanzenatmung
Um das Geheimnis der CO?-Dynamik auf Wurzelebene zu lüften, entwickelten Dr. Zanilov und sein Team ein maßgeschneidertes Versuchssystem mit hermetisch abgedichteten Kammern für Blätter und Wurzeln, ausgestattet mit hochpräzisen CO?-Sensoren. So konnten sie die CO?-Flüsse in Echtzeit über das gesamte Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum verfolgen – eine seltene Leistung in der pflanzenphysiologischen Forschung.
Sie testeten über einen Zeitraum von 40 Tagen mit 19 Maispflanzen vier verschiedene Umweltszenarien, die jeweils darauf ausgelegt waren, reale Veränderungen in der Landwirtschaft und im Klima nachzuahmen.
Lichtschalter an einem verborgenen Wurzelmechanismus
Im Modus A untersuchte das Team, wie sich Tag-Nacht-Zyklen auf den CO?-Austausch auswirken. Dabei fanden sie erstaunliche Ergebnisse: Als das Tageslicht endete und die Photosynthese pausierte, stiegen die CO? – Konzentrationen in der Blattkammer an , während die in der Wurzelkammer stark abfielen . Dies ergab eine inverse Korrelation (r = -0,859).
Das bedeutet: Wenn die Blätter kein CO? mehr aufnehmen, übernehmen die Wurzeln die Aufgabe und können Kohlenstoff direkt aus der Bodenluft aufnehmen. Noch faszinierender: Die CO?-Aufnahme der Wurzeln erreichte ihren Höhepunkt bei Tageslicht , als der atmosphärische CO?-Gehalt 367–417 ppm erreichte – Werte, die den heutigen realen Konzentrationen unheimlich nahe kommen.
„Dies deutet darauf hin, dass die CO?-Absorption durch Wurzeln nicht nur eine Kuriosität ist – sie könnte ein alternativer Weg zur Kohlenstoffversorgung sein “, sagt Dr. Amiran Khabidovich Zanilov . „Bei reichlich Licht könnten Wurzeln helfen, die Kohlenstoffzufuhr zu puffern oder zu ergänzen, insbesondere unter schwankenden atmosphärischen Bedingungen.“
Die zweischneidige Wirkung von Düngemitteln
Im Modus B führten die Forscher Ammoniumnitratdünger ein – eine gängige Praxis in der modernen Landwirtschaft. Doch anstatt die Kohlenstoffaufnahme zu steigern, zeigten die Ergebnisse einen kurzfristigen Rückschlag: Die Blattatmung nahm nachts zu, und die CO?-Aufnahme tagsüber sank im Vergleich zu ungedüngten Pflanzen deutlich von 70,4 ppm auf 92,3 ppm .
„Die Stickstofferhöhung hat ihren Preis“, erklärt Dr. Zanilov. „Sie scheint den Energiehaushalt der Pflanze zu verschieben, erhöht zwar die Stoffwechselaktivität, verringert aber vorübergehend ihre Fähigkeit, tagsüber Kohlenstoff zu fixieren. Landwirte sollten daher Zeitpunkt und Dosierung berücksichtigen, um die photosynthetische Effizienz nicht zu beeinträchtigen.“
Helleres Licht, langsameres Herunterfahren
Im Modus C wurde getestet, wie sich die Lichtintensität auf das Pflanzenverhalten auswirkt. Als sich die Beleuchtungsstärke verdoppelte – von 1750 auf 3500 Lux – geschah nach dem Lichtausschalten etwas Unerwartetes: Die Blätter begannen nicht sofort zu atmen. Stattdessen dauerte es 80 Minuten , bis der CO?-Gehalt in der Blattkammer zu steigen begann.
Diese Verzögerung lässt darauf schließen, dass Pflanzen, die bei starkem Licht wachsen, mehr Energie oder Kohlenstoffzwischenprodukte speichern , wodurch sie ihr inneres Gleichgewicht länger aufrechterhalten können, wenn die Photosynthese stoppt. Es ist wie eine Batterieladung, die das Licht nach Sonnenuntergang etwas länger brennen lässt.
Wenn die Luft dick wird: Wurzeln versagen
Schließlich simulierte das Team im Modus D steigende CO?-Werte, wie sie beispielsweise durch intensive mikrobielle Aktivität im Boden oder den Klimawandel verursacht werden. Als der CO?-Gehalt in der Blattkammer von 500 auf 1500 ppm anstieg , geschah etwas Dramatisches: Die CO?- Aufnahme der Wurzeln kam vollständig zum Stillstand .
Bei hohem CO?-Gehalt in der Atmosphäre kehrt sich der Konzentrationsgradient um, was es den Wurzeln erschwert, Gas aus dem Boden aufzunehmen. Dies könnte bedeuten, dass dieser neu entdeckte Kohlenstoffpfad der Wurzeln in einer zukünftigen Welt mit hohem CO?-Gehalt weniger effektiv sein könnte – es sei denn, die Pflanzen passen sich an.
Warum das alles verändert
Jahrzehntelang gingen Wissenschaftler davon aus, dass Pflanzenwurzeln durch Atmung CO? produzieren und nicht verbrauchen. Diese Studie stellt diese Ansicht in Frage und zeigt, dass Wurzeln unter normalen Bedingungen nicht nur als Quelle, sondern auch als Kohlenstoffsenken fungieren können .
Diese Erkenntnisse haben tiefgreifende Auswirkungen:
- Für Klimamodelle , die nun die potenzielle CO?-Aufnahme auf Wurzelebene in den terrestrischen Kohlenstoffbilanzen berücksichtigen müssen.
- Für die Landwirtschaft , wo die Optimierung von Licht, Dünger und Bodenbedingungen die Kohlenstoffbindung und die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen verbessern könnte.
- Für die Ökologie , da wir neu überdenken, wie Pflanzen in Wäldern, Feuchtgebieten und Ackerland mit Bodenkohlenstoff interagieren.
Credits
Zalim Islamovich Dudarov Amiran Khabidovich Zanilov Yuri Kambulatovich Altudov und Yuri Khasanovich Shogenov
Journal
Carbon Research
DOI
