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Der Klimawandel wird vor allem die Wasserverfügbarkeit für Pflanzen ändern. Populationen mit einer hohen genetischen Variabilität haben grössere Chancen lange Dürreperioden zu überstehen.
Der Klimawandel hat einen grossen Einfluss auf die zukünftige Wasserverfügbarkeit. Dürreperioden werden länger und Niederschlag in grossen Mengen innerhalb kürzester Zeit häufiger. Dadurch werden Pflanzen auf eine harte Probe gestellt werden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie untersuchten verschiedene Populationen derselben Pflanzenart, um herauszufinden, welche Populationen diese Veränderungen anpassen können. In der ersten Vorhersage, ob sich verschiedene Populationen derselben Pflanzenart an den Klimawandel anpassen können, stellen die Wissenschaftler fest, dass mitteleuropäische Pflanzen-Populationen am bedrohtesten sind. Populationen, die in Gebieten vorkommen, in welchen Wasser bereits jetzt rar ist, haben eine höhere Chance zu überleben.
Ackerschmalwand als Versuchsorganismus
Die Forscher untersuchten die Auswirkungen der Wasserknappheit mithilfe der Pflanze «Ackerschmalwand» (Arabisopsis thaliana), die in Europa, Asien und Nordwestafrika heimisch ist. Überraschenderweise bewältigen skandinavische Exemplare dieser Art extreme Dürreperioden ähnlich gut wie solche in Mittelmeerländern, so die in Nature Ecology and Evolution veröffentlichte Studie. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass Wasser im skandinavischen Boden für viele Monate gefroren ist, was es für Pflanzen unzugänglich macht und damit ähnliche Dürrebedingungen schafft.
Die Forscher untersuchten über 200 Sorten der Ackerschmalwand, die aus den verschiedensten Gebieten stammten, von Nordafrika und Spanien über Mitteleuropa und Nordschweden. Nachdem sie unter optimalen Bedingungen gekeimt hatten, wurde getestet, wie lange die Pflanzen extreme Trockenheit überleben konnten. Informationen aus einem Genomsequenzierungsprojekt wurde dann genutzt, um Genvarianten zu finden, die das Überleben unter extremen Dürrebedingungen erlauben. In Verbindung mit Klimaprognosen des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change) konnte das Team Karten erstellen, die angeben, wo genetische Varianten zu finden sind, die für das zukünftige Überleben der Art entscheidend sind.
«Ich war schockiert, als ich den Boden in den Töpfen von Pflanzen aus Nordschweden und Spanien berührte und fand, dass obwohl er völlig trocken und spröde war, die Pflanzen sattgrüne Blätter hatten und den Stress anscheinend gut überstanden hatten», sagt Erstautor Moises Exposito-Alonso vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie.
Genetische Vielfalt wird ausschlaggebend sein
In den nächsten 50 bis 100 Jahren werden extreme Dürreereignisse mit grosser Wahrscheinlichkeit stark zunehmen und eine immer grössere Bedrohung für Pflanzen und Tiere darstellen. Es ist weit bekannt, dass ein stetiger Temperaturanstieg bereits seit Jahrzehnten im Gange ist, aber diese und andere Studien zeigen, dass das Ausbleiben von Regen eine noch grössere Auswirkung auf das Überleben von Pflanzen haben wird. Bis 2070 wird es in Mitteleuropa voraussichtlich deutlich weniger Niederschlag geben als heute. Die neue Forschung zeigt, dass Pflanzen in dieser Region die Genvarianten fehlen, die sie brauchen um sich an zukünftige Verhältnisse anzupassen.
Bisherige Vorhersagen, wie der Klimawandel die Verbreitung von Pflanzen oder Tieren beeinflussen wird, haben weitgehend den Umstand ignoriert, dass es oft enorme genetische Variation innerhalb von Arten gibt. Zum ersten Mal haben jetzt die Max-Planck Wissenschaftler Kenntnisse über die geographische Verteilung genetischer Variation genutzt, um die Anpassungsfähigkeit einer Art zu kartieren.
«Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Art die Erderwärmung überlebt, wird wahrscheinlich von ihrer Vielfältigkeit abhängen, vor allem ob es von dieser Art bereits heute Exemplare gibt, die schon an extreme Bedingungen angepasst sind», fügte Burbano hinzu.
Ausgangspunkt für Rettungsmassnahmen
Die Ergebnisse des Max-Planck-Instituts können helfen, Rettungsmassnahmen für gefährdete Pflanzen und Tierarten zu entwickeln. Wenn Populationen gefunden werden können, die für die Anpassung an Dürre wichtige Genvarianten haben, könnten sie in Bereiche umgesiedelt werden, in denen solche Anpassungen am dringendsten benötigt werden. Damit könnte der lokale Genpool schnell verbessert werden. Derselbe Ansatz könnte genutzt werden, um ein Missverhältnis zwischen Nutzpflanzen-Sorten und ihrer lokalen Umwelt zu verringern.