Die Hydraulik von Palmen offenbart die Reaktion der Wälder auf den Klimawandel
Wälder, insbesondere die tropischen Regenwälder, sind bei der Regelung des Klimas von entscheidender Bedeutung. Im Gegenzug wirkt sich das Klima wegen ihrer wichtigen Rolle im Kohlenstoff- und Wasserkreislauf erheblich auf sie aus. Allerdings berücksichtigen aktuelle Klimamodelle einzelne Pflanzenarten nicht. Palmen sind in tropischen Regenwäldern „hyperdominant“, aber dennoch ist nur wenig über ihre Wassertransportmechanismen bekannt. Mit der Unterstützung des Marie-Curie-Programms machte sich das Projekt PalmHydraulics daran, modernste Technologie einzusetzen, um die einzigartige hydraulische Funktionsweise von Palmen und deren Verhältnis zur klimabezogenen Verteilung und Dichte aufzudecken. Hindernisse überwinden Zwar gibt es in Europa kaum Palmenarten, botanische Gärten und Herbarien beherbergen jedoch eine Fülle an lebenden und getrockneten Palmensammlungen. PalmHydraulics machte sich diese Schätze unter der Beratung der Projektkoordinatoren von den Royal Botanic Gardens, Kew, zunutze. Sobald die Verfügbarkeit von Proben sichergestellt war, wandten sich die Wissenschaftler dem zu untersuchenden Phänomen zu, der Bildung von Embolien. Bei Pflanzen wird eine Embolie beziehungsweise eine Blockierung des Flusses durch einen Wassersäulenbruch verursacht, der auftritt, wenn die Spannung in Xylemgefäßen zu hoch wird. Dies unterbricht den Fluss von den Wurzeln zu den Blättern und überirdischen Teilen der Pflanze. Das Verständnis der Bildung von Embolien in Pflanzen ist ein wichtiges Stück für das Rätsel des Klimawandels, da sie oft als Reaktion auftritt, um in trockenen Umgebungen zu überleben. Allerdings ist die Untersuchung des Flüssigkeitstransports in lebenden Pflanzen von Natur aus eine Herausforderung. Würde man die Pflanze sezieren, würde dies die extrem hohe Wasserspannung auf null bringen, wodurch das zu untersuchende Phänomen gar nicht erst auftreten würde. Die Forscher von PalmHydraulics nutzten zwei neue Fortschritte, um dieses Hindernis zu überwinden. Die Stipendiatin Thaise Emilio erklärt: „Eine neue optische Visualisierungsmethode, die die Lichtdurchlässigkeit der Gefäße misst, ermöglichte es uns, die Bildung von Embolien sichtbar zu machen und die durch Dürre bedingte Emboliebildung für Arten abzuschätzen, bei denen vorherige Methoden keine Ergebnisse liefern konnten.“ Zweitens machte sich das Team den Zugang zu einer hochmodernen Synchrotronanlage zunutze, um in Minutenschnelle Röntgenaufnahmen von Pflanzentomografien mit Mikrometerauflösung zu erstellen. Die Bildgebung intakter Palmen, während sie austrockneten, und die darauffolgende Anfertigung von 3D-Rekonstruktionen des Vorgangs ermöglichten es den Forschern, erstmals sichtbar zu machen, was in Palmen während der Austrocknung vor sich geht. Neue Erkenntnisse über die Reaktion von Palmen auf Wasserknappheit Diese hochmodernen Verfahren zur Untersuchung lebender Organismen machten es den Forschern möglich, zu zeigen, dass Palmen ebenso beständig gegenüber durch Dürre bedingten Embolien sein können, wie andere Blütenpflanzen und Nadelbäume in denselben Biomen. Darüber hinaus zeigten die Forscher, dass der Mechanismus ihrer Dürrebeständigkeit ein verspätetes Auftreten von Embolien ist, das auf der Aufnahmefähigkeit des Gewebes beruht. Studien zur weltweiten Verteilung von Palmen und deren Eigenschaften haben aufgezeigt, dass Palmen dazu neigen, heiße und nasse Biome zu bevölkern. Darüber hinaus gibt Emilio entgegen den Erwartungen an, dass „Palmen in trockeneren Biomen Eigenschaften haben, die die Transpiration maximieren, was darauf hindeutet, dass sie darauf ausgelegt sind, große Wassermengen zu verwenden, um die Temperatur der Blätter zu regulieren, und nicht um Wasser zu sparen, wie es andere Pflanzen in heißen Lebensräumen tun.“ Die Ergebnisse haben nicht nur das grundlegende Verständnis der hydraulischen Funktionsweise von Palmen ausgebaut, sondern haben auch einen praktischen Wert für die Industrie und die Sicherung von Lebensmittelvorräten (z. B. stammen Kokosnüsse, Datteln und Açai-Beeren von Palmen). Der vielleicht wichtigste Aspekt dieses Forschungsbereichs ist, dass das globale Klima größtenteils von der Funktionsweise der tropischen Regenwälder abhängt, in denen Palmen eine dominante Rolle spielen. Die Ergebnisse von PalmHydraulics werden Erdsystemmodelle zur Wettervorhersage sowie Klimamodelle verbessern und so das dringende Problem des globalen Klimawandels angehen.
