Die Photosynthese ist der mit Abstand wichtigste Stoffwechselprozess auf der Erde. Ohne sie gäbe es kein Leben. Denn mithilfe des Sonnenlichts können Pflanzen, Algen, aber auch einigen Bakterien Wasser und Kohlendioxid (CO₂) in Zucker und Sauerstoff umwandeln. Das CO₂ benötigen Pflanzen, um für ihr Wachstum die nötige Energie und damit Biomasse zu erzeugen. Infolge der immer häufiger auftretenden Dürreperioden hat sich das Photosynthese-Verhalten von Pflanzen innerhalb des Tages allerdings verändert, wie eine internationale Studie von Forschenden aus Südkorea, den USA und Deutschland zeigt.

Pflanzen verschieben bei Hitze Photosynthese auf die Morgenstunden

Wie das Team im Fachjournal Science Advances berichtet, verschieben Pflanzen in ohnehin trockenen Gebieten ihre CO₂-Aufnahme während einer Hitzewelle zunehmend in die Morgenstunden und verringern die Photosynthese am Mittag und Nachmittag. „Obwohl diese Erkenntnis an sich nicht neu ist, beruhte sie bislang auf kleinräumigen Studien an einzelnen Pflanzenarten beziehungsweise Ökosystemen, etwa auf der Ebene eines Waldbestandes, und konnte bisher nicht großräumig mit Satelliten beobachtet werden. Die neue Studie ist die erste, die flächendeckend für den kontinentalen Teil der USA diese Verschiebung in Richtung der Morgenstunden auf der Basis von Satellitenmessungen quantifiziert“, sagt Benjamin Dechant vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig, der an der Studie beteiligt war.

Kühlender Effekt der Verdunstung nimmt ab

Doch welche Folgen hat die verschobene Photosynthese-Aktivität für einzelne Pflanzen und das Ökosystem? Damit Pflanzen Photosynthese betreiben können, müssen sie die Spaltöffnungen ihrer Blätter öffnen, wodurch Wasser verdunstet. In Dürreperioden müssten daher einzelne Arten den Wasserverlust so minimieren, dass sie dennoch Photosynthese betreiben könnten, erklärt Dechant. „Wenn solche Bedingungen allerdings länger anhalten und die Pflanzen nicht ausreichend Wasser über die Wurzeln aufnehmen können, kann dies zu verstärktem Absterben von Pflanzen führen, besonders bei Arten, die nicht an solche extremen Umweltbedingungen angepasst sind. Auf der Ebene von Ökosystemen kann die stark reduzierte Verdunstung von Wasser aus den Blättern zu späteren Tageszeiten auch einen Einfluss auf die Temperaturen haben, da der kühlende Effekt der Verdunstung viel geringer ist als unter Normalbedingungen“, so der Forscher.

Reduzierte Verdunstung könnte Dürren weiter verstärken

Wenn durch die Verschiebung der Photosynthese auf die Morgenstunden der kühlende Effekt der Verdunstung tagsüber reduziert wird, hat das auch negative Auswirkungen auf die Tierwelt sowie auf das Leben der Menschen in den Städten. Auch Dürren könnten sich durch die reduzierte Verdunstung noch weiter verstärken. „Die Ergebnisse können unter anderem verwendet werden, um Simulationsergebnisse von Vegetationsmodellen zu evaluieren und zu verbessern, was wichtig für Vorhersagen des globalen Kohlenstoffzyklus ist“, resümiert Dechant.
 
Basis der Untersuchung waren Daten von neuartigen geostationären Satelliten, die unter anderem während einer Hitzewelle in den USA im Jahr 2020 aufgenommen wurden. Diese geostationären Satelliten verfügen im Vergleich zu konventionellen Satelliten über Sensoren, die durch eine sehr hohe zeitliche Auflösung eine kontinuierliche Messung über den Tag ermöglichen.

bb