12.09.2014

Überleben in der Dürre kann man lernen

Pflanzen „merken“ sich Stress-Erfahrungen

Forscher untersuchen, unter welchen Bedingungen Pflanzen eine erhöhte Widerstandskraft gegen Trockenstress entwickeln. Dabei spielen neben der genetischen Ausstattung auch die individuelle Vorgeschichte und schnelle Anpassungsmechanismen eine Rolle. Aber auch die Artenzusammensetzung ist entscheidend für die Fitness. Jeder Gartenbesitzer kennt das: Regelmäßig gegossene Pflanzen machen im Sommer schnell schlapp, wenn das Wasser fehlt. Pflanzen, die öfter mal sich selbst überlassen werden, kommen dagegen ohne Probleme auch längere Zeit mit Trockenheit zurecht. Forscher der Universität Bayreuth haben jetzt in einem Langzeitversuch die Fähigkeit von Pflanzen, länger mit Wassermangel zurechtzukommen, näher unter die Lupe genommen. Sie stellten fest, dass Pflanzen, die immer mal wieder trockenen Phasen ausgesetzt sind, daraus offenbar eine höhere Widerstandskraft gegen Wassermangel „erlernen“.

Training für die „Superdürre“

Um zu untersuchen, in wieweit Pflanzen in der Lage sind, aus vorangegangenen Ereignissen Erfahrungen zu speichern, wurden in einer Langzeitstudie 85 Freiland-Versuchsflächen mit natürlicher Heide- und Grasland-Vegetation sowie Monokulturen mit Gräsern und Heidepflanzen eingerichtet. Sie wurden über einen Zeitraum von 6 Jahren außerhalb natürlicher Trockenzeiten in unterschiedlicher Weise mit Wasser versorgt: Einige Flächen bekamen eine regelmäßige Bewässerung, einige wurden über mehrere Wochen künstlich trocken gehalten, einige wurden „Starkregenfällen“ ausgesetzt. Als Kontrolle dienten Flächen, die sich nur mit der natürlichen Witterung auseinandersetzen mussten. Im Jahr 2011 wurden alle Versuchsflächen schließlich einer künstlich erzeugten, unnatürlich langen Trockenperiode ausgesetzt: Sie wurden für 104 Tage mit durchsichtigen Folien abgedeckt. Vorher waren alle Flächen einmalig in gleicher Weise bewässert worden.

Verhätschelte Pflanzen sterben ab

Nach Beendigung der Dürreperiode wurden die Pflanzen unter anderem auf den Anteil vertrockneter Pflanzenteile untersucht. Es zeigte sich, dass Pflanzen, die regelmäßig bewässert worden waren, einen deutlich höheren Prozentanteil an vertrockneten Pflanzenteilen zeigten als Pflanzen, die in den vorangegangenen Jahren bereits mit trockenen Phasen konfrontiert worden waren. Diese kamen mit der Trockenheit deutlich besser zurecht. Aus den gewonnenen Ergebnissen schlossen die Wissenschaftler, dass Pflanzen, die in irgendeiner Form Trockenperioden innerhalb der letzten paar Jahre erlebt haben, sich auf zukünftige Dürren entsprechend vorbereiten konnten. Dabei mussten die trockenen Phasen nicht mal extrem ausfallen. Allein die Tatsache, dass nicht regelmäßig Wasser zur Verfügung stand, bereitete die Pflanzen offenbar auf Dürren vor.

Unklar blieb allerdings, wie sich die Pflanzen genau einstellen. Als mögliche Gründe nennen die Wissenschaftler eine Ansammlung von speziellen Proteinen unter Wassermangel, die dann bei erneutem Trockenstress schnell aktiviert werden können. Auch mögliche epigenetische (Vererbung nicht von den Genen festgelegter Eigenschaften) Veränderungen wie Methylierungen der DNA oder Histon-Modifikationen kommen laut der Wissenschaftler als Mechanismen für eine schnelle Reaktion in Frage.

Heide schlägt Gras

In einer weiteren Untersuchung zeigten sich auch Unterschiede zwischen den einzelnen Pflanzenarten. Generell kamen typische Arten der Heideflächen besser mit Trockenheit zurecht als Graslandarten. Des Weiteren zeigten Heidelbeersträucher (Vaccinium myrtillus), die zusammen mit der Besenheide (Calluna vulgaris) auf einer Fläche wuchsen, stärkere Verluste als Heidelbeeren, die unter sich blieben. Die Forscher schlossen daraus, dass die Kombination von Pflanzenarten auf einer Fläche die Toleranz einzelner Pflanzen gegenüber Trockenheit fördern oder behindern kann. Möglicherweise hängt dieser Effekt davon ab, ob die Nachbarn im Beet Pflanzen von derselben Art sind oder von anderen Arten stammen.

Diese Ergebnisse sind ein erster Hinweis darauf, wie Pflanzen besser gegen Trockenheit gewappnet werden können. Allerdings gibt es in diesem Bereich noch einen großen Forschungsbedarf. Die Art und Weise, wie sich Pflanzen an Trockenheit anpassen und auch die Frage der Beeinflussung durch andere Pflanzenarten bedürfen einer intensiven Erforschung. Denn gerade vor dem Hintergrund zunehmender Dürreperioden im Zuge des Klimawandels werden solche Erkenntnisse immer wichtiger.