Forschende am Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER) der Universität Bayreuth haben erstmals Hinweise gefunden, dass Jungpflanzen einiger tropischer Gehölze Teile ihres Kohlenstoffs durch Pilze gewinnen. Hierdurch könnten die Pflanzen im schattigen Unterwuchs die niedrige Kohlenstoffaufnahme durch Photosynthese kompensieren und so einen Wachstumsvorteil gegenüber anderen Pflanzen erhalten. Über ihre Erkenntnisse berichten die Forschenden im Fachjournal Functional Ecology.
Netzwerke aus Pilzen und Pflanzen – sogenannte Mykorrhiza-Netzwerke, auch bekannt als Wood Wide Web – sind hochkomplex und Gegenstand aktueller Debatten: Populäre Behauptungen in jüngster Zeit schreiben dem Wood Wide Web eine Funktion als weitreichendes Verbindungsnetzwerk zwischen den Bäumen zu, in dem die Pflanzen untereinander Nährstoffe und Kommunikationssignale austauschen können. Insbesondere Jungpflanzen sollen so von Nährstoffen und Signalen der Altbäume profitieren. Jedoch ist ein besseres Verständnis des Mykorrhiza-Netzwerks notwendig, um diese populären Behauptungen zu überprüfen. Es werden dringend mehr Daten benötigt, insbesondere aus natürlichen Waldökosystemen, um die Komplexität von Mykorrhiza-Netzwerken zu erfassen.
Noch ist wenig erforscht, ob, wie und in welchem Umfang Jungpflanzen tropischer Gehölze Kohlenstoff nicht nur durch Photosynthese, sondern auch über Mykorrhiza-Netzwerke erhalten. In einer aktuellen Studie haben Dr. Franziska Zahn und KollegInnen vom BayCEER der Universität Bayreuth erstmals Jungpflanzen in tropischen Wäldern bezüglich ihres Kohlenstoffgewinns über die Mykorrhiza Symbiose untersucht. Die Studie entstand durch die Zusammenarbeit des BayCEER – Labor für Isotopen-Biogeochemie und des Lehrstuhls für Funktionelle und Tropische Pflanzenökologie der Universität Bayreuth.
Chemische Elemente wie Kohlenstoff können als unterschiedliche sogenannte Isotope vorliegen. Die Isotope unterscheiden sich durch die Anzahl der Neutronen im Atomkern, wodurch sich schwere Isotope mit mehr Neutronen und leichte Isotope mit weniger Neutronen ergeben. Pflanzen verstoffwechseln bevorzugt leichte Kohlenstoffisotope aus der Photosynthese und können diese an die Mykorrhizapilze weitergeben. Die Pilze wiederum verstoffwechseln diesen Kohlenstoff und können isotopisch angereicherten, also schweren Kohlenstoff zurück in die Pflanzen transferieren. Die Untersuchung der Häufigkeit der vorliegenden Isotope (Häufigkeitssignatur) in Pflanzen kann somit einen Hinweis auf den Ursprung des Kohlenstoffs liefern. Mithilfe des technischen Analyseverfahrens der Massenspektrometrie haben die Bayreuther Forschenden insgesamt 41 Pflanzenarten im Unterwuchs tropischer Tiefwälder in Panama hinsichtlich ihrer Häufigkeitssignaturen untersucht.
Die Ergebnisse des Forschungsteams weisen zum ersten Mal darauf hin, dass Jungpflanzen tropischer Gehölze zusätzlichen Kohlenstoff von Mykorrhizapilzen erhalten können, womit ihr Wachstum gefördert werden könnte: Durch das dichte Kronendach der erwachsenen Regenwaldbäume kommt kaum Licht in den Unterwuchs, welches für die Photosynthese und damit für die Kohlenstoffgewinnung jedoch unabdingbar ist. Ein zusätzlicher Kohlenstoffgewinn durch die Symbiose mit Mykorrhizapilzen könnte eine lichtlimitierte niedrige Kohlenstoffaufnahme über die Photosynthese kompensieren.
Der Kohlenstoff, den die Jungpflanzen von den Pilzen beziehen, stammt wiederum ursprünglich wahrscheinlich von erwachsenen Bäumen aus dem Mykorrhiza-Netzwerk. „Wenn sich dies bewahrheitet, könnte unsere Erkenntnis weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis der Mechanismen der Waldregeneration, also wie Jungpflanzen wachsen und sich durchsetzen können, haben. Ich bin davon überzeugt, dass es weiterer Feld- und Laborstudien bedarf, um unsere ersten Erkenntnisse zu untermauern und wir damit durch den Einsatz verschiedener Methoden die Komplexität von Mykorrhiza-Netzwerken besser verstehen“, sagt Zahn.
Originalpublikation
Stable isotope analysis indicates partial mycoheterotrophy in arbuscular mycorrhizal woody seedlings in tropical forests. Franziska E. Zahn, Blexein Contreras, Bettina M. J. Engelbrecht, Gerhard Gebauer. Functional Ecology 38 (2024).
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