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Moos-Studie bewertet die Auswirkungen des Klimawandels auf arktische Ökosysteme

Die Rolle, die Moose in arktischen Ökosystemen spielen – und wie sich die Klimaerwärmung auf sie auswirkt – könnte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie diese fragile und besonders wichtige Region auf den Klimawandel reagiert.

Klimawandel und Umwelt

Ökosysteme in hohen Breitengraden wie boreale Nadelwälder in Nordschweden und die Tundra oberhalb des nördlichen Polarkreises sind einige der Regionen, die am stärksten vom Klimawandel betroffen sind. Dies liegt zum Teil daran, dass das Meereis und die Schneedecke, die das Sonnenlicht zurück in die Atmosphäre reflektieren, schmelzen. Dabei absorbiert die darunter befindliche dunklere Oberfläche mehr Sonnenenergie und wandelt sie in Wärme um. „Das Leben in der Arktis ist von niedrigen Temperaturen geprägt“, erklärt MYCOMOSS-Projektkoordinator Anders Michelsen, Professor für terrestrische Ökologie an der Universität Kopenhagen, Dänemark. „Die Geschwindigkeit biologischer Prozesse, wie beispielsweise der Photosynthese und der bakteriellen Aktivität, werden dadurch eingeschränkt. Im Grunde verläuft bei niedrigen Temperaturen einfach alles langsamer.“ Zu diesen Prozessen gehört auch das Nährstoffrecycling, das stattfindet, wenn Mikroorganismen totes organisches Material zersetzen. Einer dieser Nährstoffe, Stickstoff, ist lebensnotwendig, da er ein Baustein für alle Proteine ist. Die langfristigen Folgen der Klimaerwärmung auf diesen Prozess sind noch unklar. Diese zu verstehen, war einer der entscheidenden Impulse für das MYCOMOSS-Projekt.

Messung der Stickstofffixierung

MYCOMOSS, das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt wurde, konzentrierte sich auf die Rolle verschiedener Moosarten im Stickstoffkreislauf. „Jeder, der die Arktis besucht, kann sehen, dass Moose ein dominierendes Merkmal der spärlichen Vegetation sind“, beschreibt Signe Lett, Postdoktorandin des Projekts. „Wir wissen, dass sie Stickstoff über assoziierte Bakterien importieren, aber wir verstehen die ökologische Bedeutung immer noch nicht ganz.“ Das Projekt befasste sich mit der Messung der Stickstofffixierung (dem Prozess, bei dem Stickstoff aus der Luft in verwandte Stickstoffverbindungen umgewandelt wird) in drei dominanten Moosarten der Tundra, die unterschiedlichen Klimaten ausgesetzt sind. Ebenso wurden das Mooswachstum, der Stickstoffgehalt und die Stickstoffverluste der Moose gemessen. Das Projekt verwendete DNA-Methoden, um in Moosen vorhandene Pilzarten abzubilden und zu bewerten, ob Pilze eine Rolle dabei spielen, Stickstoff aus den Moosen aufzunehmen und an Pflanzen weiterzugeben. „Wir fanden heraus, dass sich die Stickstofffixierungsraten in Moosen je nach Vegetationsperiode unterscheiden“, erklärt Lett. „Ihre Reaktionen auf Erwärmung und Niederschlag variieren ebenfalls je nach Art. Zudem haben wir festgestellt, dass eine erhöhte Stickstofffixierung nicht zu einer höheren Stickstoffkonzentration im Moos oder einem höheren Stickstoffverlust der Moose führte.“

Fragile Ökosysteme verstehen

Das Projektteam ist noch dabei, die letzten Daten aus der Studie zu extrahieren. „Wir gehen davon aus, dass wir nachweisen können, dass die Reaktionen der Moose der Schlüssel zum Verständnis der Reaktionen des arktischen Ökosystems auf den Klimawandel sind“, erklärt Michelsen. „Die Frage, ob Gefäßpflanzen über ihre Pilzpartner auf Stickstoff aus Moosen zugreifen können, ist jedoch noch ungelöst. Wenn wir Beweise dafür finden, dass dies der Fall ist, wird es dieser Studie gelungen sein, Mechanismen zu identifizieren, mit denen Moose das Wachstum von Gefäßpflanzen fördern können.“ In jedem Fall hat das Projekt dazu beigetragen, das Biom der Tundra, einer wichtigen Komponente für das Weltklima, zu beleuchten. Große Mengen Kohlenstoff sind in totem organischem Material im Permafrost gespeichert. Die Zersetzung von organischem Material wird durch niedrige Temperaturen und die Stickstoffverfügbarkeit behindert. Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen dem Kohlenstoff- und dem Stickstoffkreislauf ist wichtig, um genaue Vorhersagen über zukünftige Freisetzungen von Kohlenstoff aus dem Tundra-Biom treffen zu können. „Dieses Projekt hat gezeigt, dass zwischen den Organismen der Tundra komplexe Wechselwirkungen bestehen“, sind sich Lett und Michelsen einig. „Die Organismen in diesen Ökosystemen sind eng miteinander verwoben. Ändert sich ein Parameter, reagiert das ganze System.“

Schlüsselbegriffe

MYCOMOSS, Klimawandel, Arktis, boreal, Tundra, Stickstoff, Moos, Ökosystem

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