23.08.2019

"Auch Pflanzen spüren den Klimawandel"

Wenn es heiß ist, geraten auch Pflanzen ins Schwitzen. Langfristig dürfte der Klimawandel dafür sorgen, dass sie in höhere, kühlere Lagen wandern. Doch dort verdrängen sie dann aber Artgenossen, erklärt ÖAW-Pflanzenbiologin Ortrun Mittelsten Scheid.

Auch Pflanzen leider unter der Sommerhitze, insbesondere natürlich am Wassermangel. © Shutterstock

Der Sommer, der hierzulande zum heißesten der Messgeschichte werden dürfte, macht nicht nur Menschen und Tieren zu schaffen: Auch Pflanzen leiden unter Hitzestress und Wassermangel. Wie schaffen sie es dennoch durch den Sommer? Und welche Strategien haben sie gegen Hitze entwickelt? Molekularbiologin Ortrun Mittelsten Scheid vom Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) weiß es.
 

Frau Mittelsten Scheid, wie merken Pflanzen, dass es heiß ist?

Ortrun Mittelsten Scheid: Sie spüren die Hitze, indem sie viel Wasser verlieren, weil mehr Wasser über die Blätter verdunstet, Wasser im Boden aber knapp wird. Sie bekommen „Atemnot“, weil der Wasserverlust erfordert, die Spaltöffnungen in den Blättern zu schließen, damit aber gleichzeitig den Gasaustausch behindert. Hitze beschleunigt auch chemische Reaktionen, die schädliche Stoffe bilden. Grundsätzlich sind Pflanzen enormen Temperaturschwankungen ausgesetzt, in Europa von -20 bis mehr als +40 Grad. Dementsprechend robust müssen sie sein. Sie haben keine stabile Körpertemperatur, die wie beim Menschen beibehalten werden kann.

Pflanzen enormen Temperaturschwankungen ausgesetzt, in Europa von -20 bis mehr als +40 Grad. Dementsprechend robust müssen sie sein.

Wie schadet Hitze den Pflanzen?

Mittelsten Scheid: Pflanzenzellen sind wie Schläuche im Fahrradreifen, die statt mit Luft mit Wasser gefüllt werden, um ihre Funktion zu erfüllen. Bei Hitze verlieren sie durch Verdunstung viel Wasser, die Zellen werden schlaff, und die Pflanze welkt. Im schlimmsten Fall sterben Teile oder sogar die ganze Pflanze.

Was können sie tun, damit es nicht soweit kommt?

Mittelsten Scheid: Pflanzen haben verschiedene Strategien entwickelt, auf Hitze zu reagieren. Sie versuchen, möglichst viel Wasser aufzunehmen und zu speichern. Das kann etwa ein schnelleres Wachstum von Wurzeln bedeuten, um tiefergelegene Wasserspeicher im Erdreich zu erreichen. Sogenannte Kompasspflanzen richten ihre Blätter zum Sonnenstand so aus, dass sie dem Licht nur minimal ausgesetzt sind, oder sie bilden lichtreflektierende Pigmente. Dornen von Kakteen bieten weniger Oberfläche als Blätter, weswegen sie weniger Wasser verlieren und gleichzeitig vor dem Appetit durstiger Besucher geschützt werden. Manche Pflanzen werden auch hitzeresistenter, wenn sie bereits einmal unter Hitzestress standen.  

Wie bildet sich diese Hitzeresistenz heraus?

Mittelsten Scheid: Bei mildem, kurzem Hitzestress werden bestimmte Schutzproteine gebildet. Kommt die Hitze einige Zeit danach dann stärker oder länger, sind die Gene für die Schutzproteine schon in Alarmbereitschaft und können schneller reagieren. Das führt bei einigen Pflanzenarten zu einer gewissen Resistenz, die aber nur für begrenzte Zeit erhalten bleibt.

Wird diese Anpassung auch an die Nachkommenschaft vererbt?

Mittelsten Scheid: Nein, jedenfalls nicht dauerhaft. Die Frage, ob erlebte Umweltfaktoren sich direkt auf das zu vererbende Genom auswirken, wird in der Epigenetik-Forschung vielfältig untersucht, für eine gerichtete und stabile umweltbedingte Anpassung bei Pflanzen fehlen aber solide Daten. Viel wichtiger sind Änderungen und Weiterentwicklungen im Erbgut durch zufällige Mutationen, die an nachkommende Pflanzen weitergegeben werden. Wie von Darwin beschrieben und auch im Tierreich gültig, setzen sich evolutionär die bestangepassten Pflanzen durch. Künftig werden das wohl vermehrt Pflanzen sein, die mit steigenden Temperaturen besser zurecht kommen können. Das kann aber sehr lange dauern.

Die Biodiversität verändert sich definitiv durch den Klimawandel, weil viele Pflanzen nur begrenzt Möglichkeiten haben, in andere Gebiete auszuweichen.

 

Es gibt also auch keine „Klimaflüchtlinge“ unter den Pflanzen?

Mittelsten Scheid: Nicht in dem Sinne, dass sie aktiv vor der Hitze flüchten. Was sie aber tun: Sie „wandern“ in höhere, kühlere Lagen, weil der Wind oder Vögel die Samen dorthin tragen. Vielmals finden sie dort bessere Bedingungen vor und erobern sich somit neue Lebensräume, während ihre Artgenossen in der ursprünglichen Umgebung nicht mehr leben können oder verdrängt werden. Die Biodiversität verändert sich definitiv durch den Klimawandel, weil viele Pflanzen nur begrenzt Möglichkeiten haben, in andere Gebiete auszuweichen. Insofern hat der Klimawandel auch Auswirkungen auf die pflanzliche Artenvielfalt.

 

AUF EINEN BLICK

Ortrun Mittelsten Scheid ist Forschungsgruppenleiterin am Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der ÖAW. Sie promovierte an der Universität Hamburg und forschte unter anderem am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik und der ETH Zürich. Sie habilitierte sich an der Universität Basel sowie an der Universität Wien. Sie ist Mitglied der Editorial Borards der Fachzeitschriften „Plant Cell“ und „PLoS Genetics“.

GMI – Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie