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Anpassungen der Photosynthese Pflanzen trotzen Klimawandel durch Luftanhalten

Autor / Redakteur: Christian Wißler* / Christian Lüttmann

Tagsüber Luft anhalten und nachts richtig durchatmen – für Pflanzen ist dies eine Strategie, um auch bei unsicherer Wasserversorgung in Zeiten des Klimawandels besser zurechtzukommen. Wie sich Pflanzen an trockenere Bedingungen durch eine Umstellung der Photosynthese anpassen, zeigen nun Forscher aus Deutschland und Namibia.

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Mittagsblumengewächs der Art Drosanthemum wittebergensis am Swartbergpass in Südafrika.
Mittagsblumengewächs der Art Drosanthemum wittebergensis am Swartbergpass in Südafrika.
(Bild: H.E.K. Hartmann)

Bayreuth, Stuttgart, Stellenbosch/Südafrika – Was wir Menschen ausatmen, atmen Pflanzen ein: Die Aufnahme von CO2 aus der Luft ist ein wesentlicher Prozess der pflanzlichen Photosynthese. In trockenen Gebieten verlegen einige Pflanzen diesen Vorgang in die Nacht, damit sie tagsüber ihre Spaltöffnungen geschlossen halten und so die Verdunstung von Wasser verringern. Hierfür besitzen sie einen speziellen Photosynthese-Mechanismus (Crassulacean acid metabolism, CAM).

Die zunehmende Unberechenbarkeit der Wasserversorgung in einigen Gebieten wie etwa dem südlichen Namibia führt in einigen Pflanzen nun zu einem Anstieg der CAM-Photosynthese, wie ein Forscherteam aus Deutschland und Südafrika nun herausfand: Arten, die aus Gebieten mit regelmäßigeren Niederschlägen stammen und bisher nur im Tageslicht Photosynthese betrieben haben, steigen teilweise auf CAM-Photosynthese um, wenn sie in Gebiete mit unberechenbarem Niederschlag vordringen. „Unsere Studien zeigen beispielhaft, wie Pflanzen sich unter zunehmend unsicheren klimatischen Bedingungen anpassen können, um sich vor zu großen Wasserverlusten bei der Photosynthese zu schützen“, sagt Prof. Dr. Sigrid Liede-Schumann, Inhaberin des Lehrstuhls für Pflanzensystematik an der Universität Bayreuth.

Pflanzen passen ihre Photosynthese an

Die Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf die Mittagsblumen-Gattung Drosanthemum. Deren Ursprung liegt im Süden der Kap-Region, wo die Niederschläge von Mai bis September vergleichsweise hoch sind. Einzelne Linien dieser Gattung – also verschiedene Arten mit einem gemeinsamen Vorfahren – sind auch in trockenere Lebensräume der Namib-Region und des südafrikanischen Binnenlandes vorgedrungen. Bei diesen Arten testeten die Forscher, welchen Anteil die CAM-Photosynthese an ihrem Energiehaushalt hat. Sie bestimmten den Anteil mit hoher Genauigkeit durch die Messung von stabilen Kohlenstoff-Isotopen. Dabei zeigte sich: Je unvorhersehbarer die Wasserversorgung der Pflanzen ist, desto mehr stellt sie auf die nachtaktive CAM-Photosynthese um. „Vermutlich greifen Pflanzen der Gattung Drosanthemum auch deshalb auf die CAM-Photosynthese zurück, weil sie dadurch Lebensräume erschließen können, in denen die knappe Wasserversorgung zusätzlich äußerst unsicher ist“, sagt Liede-Schumann.

Die Forscher sehen sich in diesem Befund durch Untersuchungen bestätigt, die sie an Mittagsblumengewächsen der nebelreichen Küstenregion Namibias durchgeführt haben. Obwohl es dort nur wenig und sehr unregelmäßig regnet, ist der Anteil der CAM-Photosynthese bei diesen Pflanzen gering, da der Nebel ihnen eine regelmäßige Wasserversorgung bietet.

Originalpublikation: Andreas H. Schweiger, Nicolai M. Nürk, Heath Beckett, Sigrid Liede‐Schumann, Guy F. Midgley, Steven I. Higgins: The eco‐evolutionary significance of rainfall constancy for facultative CAM photosynthesis. New Phytologist (2021). DOI: 10.1111/nph.17250

* C. Wißler, Universität Bayreuth, 95447 Bayreuth

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