Bäume erinnern sich

Bäume können nicht einfach an einen anderen Ort ausweichen, wenn Wasser knapp wird. Deshalb sind sie auf eigene biologische Prozesse angewiesen, um schwierige Bedingungen zu überstehen.

Doch die Folgen einer Trockenperiode können noch lange anhalten, nachdem der Regen zurückgekehrt ist. Eine Studie der University of Utah legt nahe, dass Zitterpappeln eine Art biologisches Gedächtnis für vergangene Dürren besitzen.

Dieses zeigt sich in der chemischen Zusammensetzung ihrer Blätter und in den mikroskopisch kleinen Lebensgemeinschaften, die auf ihnen leben.

Drei Jahre Forschung an Zitterpappeln

Die Forschenden untersuchten Zitterpappeln, die in den Bergregionen des westlichen Nordamerikas weit verbreitet sind. Die Baumart ist für ihre charakteristischen Blätter bekannt, die sich im Herbst leuchtend gelb färben. Außerdem spielt sie eine wichtige Rolle in Waldökosystemen. Ihr Gesundheitszustand ist daher für die Wissenschaft von besonderem Interesse.

Für die Untersuchung richtete das Team einen experimentellen Anbaubereich im biologischen Forschungsgarten der University of Utah ein. Ab 2021 zogen die Forschenden dort Espen aus Wurzelstöcken, die sie in Bergregionen von fünf Nationalwäldern in Utah und Colorado gesammelt hatten.

Zwischen 2021 und 2023 kontrollierten sie die Wassermenge, die den einzelnen Bäumen zur Verfügung stand, um unterschiedlich starke Dürrebedingungen nachzubilden.

Da alle Pflanzen unter vergleichbaren Bedingungen wuchsen, konnten die Wissenschaftler ihre Reaktionen miteinander vergleichen und Unterschiede durch lokale Umweltbedingungen weitgehend ausschließen.

Blätter verraten Spuren vergangener Trockenheit

Eine der bemerkenswertesten Erkenntnisse war, dass Zitterpappeln, die zuvor Trockenheit ausgesetzt gewesen waren, in späteren Wachstumsperioden Blätter mit höheren Konzentrationen sogenannter salicinoider phenolischer Glykoside bildeten.

Diese natürlich vorkommenden Substanzen helfen den Bäumen, sich gegen Insekten und andere pflanzenfressende Tiere zu schützen. Ihre erhöhte Konzentration deutet darauf hin, dass Wassermangel die Abwehrmechanismen der Espen noch beeinflussen kann, wenn die ursprüngliche Trockenperiode längst vorbei ist.

Die Forschenden stellten außerdem einen Zusammenhang zwischen höheren Konzentrationen dieser Abwehrstoffe und geringeren Schäden an den Baumkronen fest. Das deutet darauf hin, dass die chemischen Veränderungen beeinflussen könnten, wie viel Laub die Bäume behalten.

Allerdings belegen die Ergebnisse nicht, dass jede chemische Reaktion auf Dürre für den Baum von Vorteil ist. Sie zeigen vielmehr, dass Trockenperioden langfristige biologische Veränderungen auslösen können, die noch genauer untersucht werden müssen.

Nicht alle Abwehrstoffe nehmen zu

Die Studie brachte noch eine weitere wichtige Erkenntnis ans Licht: espen, die Trockenheit erlebt hatten, wiesen geringere Konzentrationen kondensierter Tannine auf. Diese Stoffgruppe umfasst Verbindungen, die unter anderem mit dem Schutz vor Mikroorganismen in Verbindung gebracht werden.

Dieser Gegensatz zeigt, dass Bäume bei Trockenheit nicht einfach die Produktion sämtlicher Schutzstoffe erhöhen. Vielmehr kann Wasserstress das Gleichgewicht zwischen verschiedenen chemischen Abwehrmechanismen verändern.

Die Wissenschaftler versuchen noch herauszufinden, warum diese Verschiebungen auftreten und ob sie den Bäumen dabei helfen, mit wechselnden Umweltbedingungen zurechtzukommen. Eine Reaktion, die Schutz vor einer bestimmten Bedrohung bietet, muss nicht zwangsläufig auch gegen andere Gefahren von Vorteil sein.

Das Team stellte außerdem fest, dass Veränderungen der Blattchemie mit Unterschieden in den Pilzgemeinschaften auf den Blättern zusammenhingen. Einige Pilze können für Pflanzen nützlich sein, während andere Krankheiten begünstigen. Diese Wechselwirkungen besser zu verstehen, ist deshalb ein wichtiger Bestandteil der Forschung zur Baumgesundheit.

Warum Espenwälder besondere Aufmerksamkeit brauchen

In Teilen ihres Verbreitungsgebiets gehen die Bestände der Zitterpappel zurück. Zu den möglichen Ursachen zählen Insekten, Krankheitserreger, Verbiss durch Weidetiere sowie Veränderungen der Waldzusammensetzung, durch die andere Baumarten zunehmend dominieren.

Ein besseres Verständnis dafür, wie Trockenheit die Abwehrmechanismen von Espen beeinflusst, könnte Forschenden helfen, genauer zu erklären, warum sich manche Bäume nach einer Dürre nur schwer erholen.

Eine Trockenperiode wirkt sich möglicherweise nicht nur unmittelbar auf die Wasserversorgung aus. Sie könnte auch die biologischen Wechselwirkungen verändern, die den Zustand eines Baumes noch lange danach beeinflussen.

Zitterpappeln scheinen also mehr als nur sichtbare Spuren schwieriger Wachstumsperioden zu bewahren. Die Veränderungen ihrer Blätter deuten darauf hin, dass vergangene Dürren sowohl ihre späteren chemischen Abwehrmechanismen als auch die mikroskopisch kleinen Lebensgemeinschaften auf ihren Blättern beeinflussen können.

Weitere Untersuchungen könnten dazu beitragen, die Widerstandsfähigkeit von Espenwäldern besser einzuschätzen und herauszufinden, was diese Bäume benötigen, um in einer sich wandelnden Umwelt gesund zu bleiben.