Pilze, insbesondere Mykorrhiza-Pilze, sind natürliche Verbündete des Waldes, weil sie die Nährstoffversorgung der Bäume verbessern. Doch welche der Mykorrhizastrategien bringt die größte Baumvielfalt in einem Wald hervor: Strategie A (Ektomykorrhiza) oder Strategie B (arbuskuläre Mykorrhiza)?
Biologen der Université de Montréal und des Plant Biology Research Institute stellten sich diese Frage und fanden heraus, dass die Antwort weder das eine noch das andere ist, sondern eher eine Kombination aus beidem – ein Beweis dafür, dass Stärke in der Menge liegt – oder besser gesagt in der Vielfalt.
Die starke nährende Wirkung von Mykorrhiza
„Eine Mykorrhiza, vom griechischen myco-, ‚Pilz‘, und rhiza, ‚Wurzel‘, ist eine Art symbiotische Beziehung zwischen einer Pflanze und einem Pilz, die seit der Besiedlung des Landes durch Pflanzen vor mehreren Millionen Jahren besteht“, erklärt Alexis Carteron, Hauptautor der Studie.
„Diese für beide Partner positive Verbindung ist zweifellos die am weitesten verbreitete und wichtigste Form der ‚mutualistischen Symbiose‘ in terrestrischen Ökosystemen.“
Carteron hat an der Université de Montréal in Biologie promoviert und arbeitet derzeit als Post-Doc in der Abteilung für Umweltwissenschaften und -politik an der Universität Mailand, Italien.
In der Botanik ist seit langem bekannt, dass Mykorrhizapilze den Pflanzen erhebliche Ernährungsvorteile verschaffen, indem sie ihre Wurzelsysteme bis zum Zehnfachen der ursprünglichen Wurzeloberfläche ausdehnen und es ihnen ermöglichen, Wasser und Mineralien besser aus dem Boden aufzunehmen. So sind Mykorrhizapilze beispielsweise in der Lage, Phosphor im Boden zu lösen und für die Pflanzen verfügbar zu machen. Im Gegenzug versorgt die Pflanze den Pilz mit Zucker, der durch die Photosynthese entsteht.
„Seit einiger Zeit wächst das Interesse an der wichtigen Rolle der Mykorrhizapilze für die biologische Vielfalt der Pflanzen“, sagt der Leiter der Studie, Etienne Laliberté, Canada Research Chair in Plant Functional Biodiversity an der Université de Montréal.
Zwei Strategien für Pilze
Die beiden Haupttypen der Mykorrhiza, die Ektomykorrhiza und die arbuskuläre Mykorrhiza, scheinen die Vielfalt der Baumarten in Wäldern auf unterschiedliche Weise zu beeinflussen.
Ektomykorrhiza betrifft etwa 2 Prozent der Pflanzenarten, hauptsächlich Nadelbäume in den Wäldern der nördlichen Hemisphäre. Arbuskuläre Mykorrhiza, die älteste und am weitesten verbreitete Form der symbiotischen Verbindung zwischen Pilzen und Pflanzen, betrifft 80 Prozent der Landpflanzen. Die beiden Formen unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sich der Pilz an die Pflanzenwurzeln anheftet.
Wissenschaftler haben beobachtet, dass Wälder, deren Böden von arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen besiedelt sind, eine größere Vielfalt aufweisen. So bestehen artenreiche tropische Regenwälder hauptsächlich aus arbuskulären Mykorrhizabäumen, während in artenarmen borealen Wäldern Ektomykorrhizabäume dominieren.
Aus diesem Grund gingen die Forscher davon aus, dass arbuskuläre Mykorrhiza die Koexistenz und Vielfalt der Pflanzenarten fördert, während Ektomykorrhiza die Dominanz einer oder weniger Arten begünstigt.
Experimentelle Studien an Setzlingen und groß angelegte Beobachtungen in verschiedenen terrestrischen Biomen (geografische Gebiete mit ähnlichem Klima, ähnlicher Fauna und Flora) schienen diese Hypothese ebenfalls zu stützen. Sie wird jedoch durch die neue Studie in Frage gestellt.
Mehr als 80.000 Waldparzellen analysiert
Waldbäume interagieren untereinander und mit Mykorrhizapilzen auf einer sehr lokalen Ebene (innerhalb weniger Meter) über Zeiträume von mehreren Jahrzehnten. Carteron und Laliberté mussten daher die Hypothese an Waldparzellen (d. h. einer Fläche von einigen hundert Quadratmetern) in einer Vielzahl von Wäldern testen, um festzustellen, ob die Ergebnisse verallgemeinert werden können.
„Wir analysierten etwa 82.000 Waldparzellen in den Vereinigten Staaten und kamen zu dem Schluss, dass Parzellen, die sehr stark von Ektomykorrhiza oder arbuskulärer Mykorrhiza dominiert wurden, eine geringere Baumvielfalt aufwiesen“, erklärt Carteron. „Überraschenderweise wiesen die Wälder mit einer Mischung aus beiden Mykorrhiza-Strategien eine größere Anzahl von Baumarten auf. Unsere Ergebnisse deuten also darauf hin, dass die Dominanz einer einzigen Mykorrhiza, unabhängig von ihrem Typ, die Baumvielfalt in den Wäldern zu verringern scheint.“
Können Mykorrhizen zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen?
Während die Mykorrhiza-Dominanz auf verschiedenen Ebenen bestimmt werden kann, z. B. auf der Ebene des Wurzelsystems, der Waldparzelle und des Bioms, unterstreicht diese Studie, wie wichtig es ist, die Auswirkungen der Mykorrhiza auf ökologische Prozesse auf der Ebene der Waldparzelle zu betrachten. Auf dieser Ebene, so zeigt die Studie, kann die Koexistenz von Mykorrhiza-Strategien die Pflanzenvielfalt fördern.
„Manchmal werden Wälder mit einer Mischung von Mykorrhizastrategien von Biologen übersehen, weil sie als weniger reichhaltig gelten“, so die Forscher. „Unsere Studie hat jedoch gezeigt, dass dies nicht immer der Fall ist und diese gemischten Arten tatsächlich einen großen Teil der Wälder der Welt ausmachen könnten.
Solche Wälder könnten ein wichtiger Weg für die Waldforschung und -bewirtschaftung sein, um mehr Ökosystemleistungen zu erzielen: „Die Bekämpfung des Klimawandels und die Anpassung an ihn ist ein gutes Beispiel für die Leistungen, die ein Ökosystem erbringen kann, denn ein blühender Wald mit hoher Baumvielfalt ist ein Reservoir, das sich günstig auf das Klimagleichgewicht auswirkt“, so Carteron.
Die Studie wurde vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, dem Fonds de recherche du Québec — Nature et technologies, und der Bourse d’excellence Hydro-Québec — Université de Montréal finanziert.
Datum: Februar 24, 2022
Quelle: Universität von Montreal
Journal Reference:
- Alexis Carteron, Mark Vellend, Etienne Lalibert�. Mycorrhizal dominance reduces local tree species diversity across US forests. Nature Ecology & Evolution, 2022; DOI: 10.1038/s41559-021-01634-6