Bäume und Wälder sind enorm wichtig für ein gesundes Ökosystem und ein stabiles Klima. Pflanzen nehmen etwa die Hälfte der Kohlendioxidemissionen aus der Atmosphäre auf, ein besonders großer Anteil wird dabei von Bäumen bewältigt. Hohe CO₂-Emissionen führen zu globaler Erwärmung. Darum ist es um so wichtiger, dass möglichst viele Bäume lange gesund erhalten bleiben, um als Kohlenstoffspeicher zu fungieren. Allerdings kommt es weltweit vermehrt zu Dürren, wodurch das Überleben vieler Bäume stark beeinträchtigt wird. Für die Erstellung belastbarer Klima- und Vegetationsmodelle bedarf es dem Verständnis der Mechanismen, die dem Baumsterben bei Trockenheit zu Grunde liegen. Diese Mechanismen hat ein internationales Forscherteam mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena untersucht und die Ergebnisse im Fachjournal "Nature Ecology & Evolution" veröffentlicht. Die Forschenden fanden heraus, dass eine Fehlfunktion beim Wassertransport der ausschlagebene Faktor für dürrebedingtes Baumsterben ist.

Verdursten oder verhungern die Bäume?

Wissenschaftler untersuchen schon seit Langem die physiologischen Mechanismen des Baumsterbens bei Dürre. Die zentrale Frage: Verdursten die Bäume, weil der Wassertransport zusammenbricht oder verhungern sie aus Mangel an Kohlenhydraten? Bäume verdunsten große Mengen Wasser für den Transport von Nährstoffen, zur Kühlung und für die Photosynthese.

Den Transpirationsprozess ermöglichen kleine Poren an der Unterseite der Blätter, die sogenannten Spaltöffnungen oder Stomata. Bei Hitze und Trockenheit werden sie geschlossen, dadurch drosselt der Baum zwar den Wasserverlust, aber auch seine Photosyntheseaktivität sinkt. Hält der Trockenstress an, kann der Eigenbedarf an Kohlenhydraten für den Stoffwechsel nicht mehr gedeckt werden und der Baum wird anfälliger für Krankheiten und Schädlinge. Bei gleichzeitig weiter austrocknendem Boden nimmt die Saugstärke in den Wurzeln und im Leitgewebe zu, wodurch das Risiko für Luftblasen (Embolien) im Gewebe steigt. Diese können den Wassertransport teilweise oder vollständig unterbrechen, und das Gewebe trocknet aus. Bislang waren sich die Forscher uneinig, ob der Ausfall des Wassertransports oder der Kohlenhydratmangel vorrangig für das Absterben der Bäume verantwortlich ist. 

Die Unterbrechung des Wassertransports maßgeblich

In der Nature Ecology-Publikation haben 62 internationale Forscher Daten von 19 verschiedenen Trockenstressexperimenten zusammengetragen und ausgewertet. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass für alle 26 untersuchten Baumarten die Unterbrechung des Wassertransports ausschlaggebend ist für ihren Dürretod. In etwa der Hälfte der Fälle spielt „Kohlenstoffhunger“ eine begleitende Rolle.  Die Untersuchung zeigt zudem, dass beide Phänomene, sowohl Kohlenhydratmangel als auch Wassertransportschäden bei Trockenstress auftreten. „Dies macht Sinn, denn die gespeicherten Zucker und Stärke spielen eine unterstützende Rolle im hydraulischen System des Baums, zum Beispiel, indem sie den osmotischen Druck in den Zellen regulieren“, erklärt Max-Planck-Forscher Henrik Hartmann, der selbst zwei Trockenstressexperimente für die Studie beigesteuert hat. 

jmr