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Das Farbenspiel der Laubblätter im Herbst ist eine Augenweide. Die üppige Farbenpracht hat jedoch einen prosaischen Grund: Laubbäume in den gemässigten Zonen bereiten sich auf den nahenden Winter vor, indem sie das Wachstum einstellen und dem Laub die Nährstoffe entziehen. Die Blätter fallen allmählich ab und sterben. Dieser Alterungsprozess der Blätter, der im phänologischen Zyklus der Bäume das Ende der Vegetationsperiode markiert, wird Seneszenz genannt.
Die Klimaerwärmung hat dazu geführt, dass die die Vegetationsperiode sich in den vergangenen Jahrzehnten verlängert hat: Europäische Bäume treiben im Frühling rund zwei Wochen früher aus als noch vor hundert Jahren. Und auch im Herbst zeigt sich ein Unterschied: Die Blätter fallen heute rund sechs Tage später. Da man aufgrund der weitergehenden Klimaerwärmung in Zukunft mit einem wärmeren Klima rechnen muss, wird allgemein erwartet, dass sich die Seneszenz in einem künftig wärmeren Klima weiter verspätet.
Doch diese Prognose könnte sich als falsch erweisen. Forscher der ETH Zürich haben in einer Studie, die im Fachmagazin Science veröffentlicht wurde, bei Laubbäumen einen selbstregulierenden Mechanismus nachgewiesen, der die Vegetationsperiode begrenzt. Eine erhöhte Photosynthese im Frühjahr und Sommer lasse die Blätter im Herbst früher altern, ist einer Mitteilung der Hochschule zu entnehmen. Der erstaunliche Befund: Der herbstliche Blattfall dürfte sich in Zukunft wider Erwarten verfrühen – und nicht weiter verspäten.
«Präzise Prognosen über die Wachstumssaison von Bäumen waren bislang kaum möglich, weil man die Ursachen der Blattseneszenz nicht genügend verstand», sagt Constantin Zohner, Studienleiter und Senior Scientist am Crowther Lab der ETH Zürich.
Bisher ging man in der Wissenschaft generell davon aus, dass der Zeitpunkt der Blattseneszenz hauptsächlich durch die abnehmende Temperatur und Tageslänge im Herbst bestimmt werde. Allerdings gab es verschiedene Hinweise, dass der Blattaustrieb im Frühling mit dem Blattfall im Herbst verbunden sein muss. «Weil die Mechanismen aber unklar waren, berücksichtigen phänologische Modelle solche Effekte bestenfalls teilweise», sagt Zohner.
Der Biologe vermutete, das Bindeglied zwischen Frühling und Herbst könnte mit der saisonalen Photosynthese zu tun haben, genauer gesagt mit dem Phänomen der limitierten Kohlenstoffsenke. Damit ist gemeint, dass die CO2-Menge begrenzt ist, die eine Pflanze während der Saison aufnehmen kann. Limitiert wird die Aufnahme unter anderem durch knappe Bodennährstoffe wie etwa Stickstoff. Wenn die maximale CO2-Menge erreicht ist, setzt die Blattalterung entsprechend früher ein.
Bei Getreide etwa ist diese Rolle der Photosynthese bei der Steuerung der Blattseneszenz seit langem bekannt. sie wurde aber nie an Bäumen getestet. Die ETH-Wissenschaftler versuchten daher, die Treiber des herbstlichen Blattfalls mit einem kombinierten Ansatz von Feldbeobachtungen, Laborversuchen und Modellierung zu ergründen. Im Zentrum stand dabei die Auswertung von Daten, die aus Langzeitbeobachtungen von sechs europäischen Laubbaumarten während der letzten sechs Jahrzehnte gewonnen waren. Anhand dieser Daten testete Zohners Team den relativen Einfluss verschiedener Faktoren auf den Zeitpunkt der Herbstseneszenz, darunter den Blattaustrieb im Frühling, die saisonale Photosynthese, CO2-Konzentration, Temperatur und Niederschlag.
Daneben führten die Forscher auch Experimente mit jungen Bäumen in Klimakammern und im Freien durch. So konnten sie Temperatur, Tageslicht und CO2-Gehalt variieren und deren Effekte auf Photosynthese und Blattseneszenz untersuchen.
Es zeigte sich, dass die Baumbeobachtungen einen deutlichen Einfluss der saisonalen Photosynthese offenbarten: Bei allen untersuchten Arten trat in den Jahren mit erhöhter Photosynthese im Frühjahr und Sommer auch die Seneszenz im Herbst früher ein, wobei eine zehn Prozent höhere Aktivität die Blattalterung um acht Tage vorzog. Die Experimente stützten den Befund aus den Beobachtungen.
«Unsere Analysen legen nahe, dass die saisonale Photosynthese, die Herbsttemperatur und die Tageslänge primäre Treiber der Seneszenz sind», sagt Erstautorin Deborah Zani. Anders die restlichen Faktoren: «CO2-
Gehalt, Sommertemperaturen, Lichtstärke und Niederschlag beeinflussen zwar die Photosynthese ganz direkt, wirken sich aber nur indirekt auf die Herbstseneszenz aus», erklärt sie das Zusammenspiel der Kräfte.
Zwar verzögern wärmere Herbste tendenziell die Seneszenz. Doch steigende CO2-Konzentration, wärmere Sommerperioden und ein früherer Blattaustrieb erhöhen zusehends die Photosynthese im Frühling und Sommer. Dadurch füllen sich die limitierten Kohlenstoffspeicher – sind sie vorzeitig gesättigt, verfrüht das die Seneszenz. Dies wirkt der Verzögerungstendenz aufgrund höherer Herbsttemperaturen entgegen.
Das von Zahni und Zohner entwickelte Modell der Herbstphänologie, das den Zeitpunkt der Seneszenz der letzten sechs Jahrzehnte um bis zu 42 Prozent präziser zu datieren vermag als frühere Modelle, kehrt deren Prognosen um. Bis anhin erwartete man, dass die Seneszenz bis Ende Jahrhundert zwei bis drei Wochen später auftritt. «Unser neues Modell legt das Gegenteil nahe: Wenn die Photosynthese weiter steigt, werden die Blätter im Lauf des Jahrhunderts um drei bis sechs Tage früher als heute altern – und nicht später», erklärt Zani. Das bedeutet, dass sich die Wachstumssaison bis Ende des Jahrhunderts nur um 8 bis 12 Tage verlängern wird. «Das ist rund zwei bis drei Mal weniger als bisher gedacht», ergänzt Zani.
(dhr)