Die Herausforderungen für Flechten in sich verändernden Valdivianischen Wäldern

Das Leben kann nicht verstanden werden, ohne über die es umgebende Umwelt nachzudenken. Letztendlich sind lebende Organismen auf ihren Lebensraum angewiesen, um alle anderen Ressourcen zu gewinnen, die sie benötigen. Wenn die Bedingungen jedoch ungünstig werden, müssen Organismen irgendwie reagieren, um ihr Überleben zu sichern. Bei den meisten Tieren scheint die Antwort recht einfach zu sein, da sie einfach an einen anderen Ort ziehen können. Bei sessilen Organismen wie Pflanzen und Pilzen besteht die Antwort jedoch eher darin, nach Wegen zu suchen, um solche Bedingungen zu ertragen, anstatt davonzulaufen; und Pflanzen scheinen recht gut mit unterschiedlichen Umweltbedingungen zurechtzukommen, da sie in der Lage waren, fast jedes Ökosystem auf unserem Planeten zu besiedeln.

Diese Fragen rund um die Interaktion von Organismen mit ihrer Umwelt wurden in Johana Villagraist ihr seit ihrem Grundstudium an der Universidad Austral de Chile im Gedächtnis haften geblieben, wo sie sich auf epiphytische Flechten konzentrierte. Flechten sind außergewöhnliche Organismen, die durch die Verbindung von Algen und Pilzen entstehen, wobei erstere durch Photosynthese Kohlenstoffverbindungen produzieren und letztere den Körper der Flechte bilden, die die Algen beherbergt und schützt. Eine Eigenschaft, die Flechten zu großartigen Objekten für die Untersuchung der Interaktion zwischen Organismen und ihrer Umwelt macht, ist, dass sie poikilohydrisch, was bedeutet, dass sie ihren inneren Wassergehalt nicht kontrollieren können und nur in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit hydratisiert werden, andernfalls trocknen sie.

Villagras Interesse an diesen Organismen führte sie zu einer Doktorarbeit an der Universidad Complutense de Madrid (Spanien) unter der Leitung von Dr. Leo G. Sancho und Dr. José Raggio-Quílez. Während ihrer Dissertation beschäftigte sie sich mit der Ökophysiologie von Flechten in der Region Valdivianischer Regenwald, einem gemäßigten Wald im Süden Südamerikas, der in Chile und Argentinien vorkommt. Jetzt ist sie als Postdoktorandin von der Universidad Católica de Temuco (Chile) zurückgekehrt, um die epiphytischen Flechten des Araucaria araucana Wald in der Region Araucanía, der seinen Namen diesem symbolträchtigen Baum verdankt. Dieses üppige Ökosystem ist durch menschliche Aktivitäten bedroht, beispielsweise durch den Ersatz einheimischer Bäume durch landwirtschaftliche Nutzpflanzen oder Plantagen nicht einheimischer Bäume. Wenn die globalen Temperaturen steigen und sich die Niederschlagsmuster ändern, könnten diese Flechten zunehmend austrocknen und dem Sonnenlicht ausgesetzt sein, was möglicherweise zu ihrem Rückgang führen könnte.

In der ersten Studie in der Region charakterisierten Villagra und ihr Team die Flechtengemeinschaften, die auf den Stämmen der in der Region vorherrschenden Baumarten leben, Araucaria araucana und Nothofagus Antarktis, wo mehr als 30 Arten gefunden wurden. Bemerkenswerterweise wurde fast ein Drittel der Arten ausschließlich auf Araukarien Bäume, während ein weiteres Drittel nur auf Nothofag. Da diese Baumarten unterschiedliche Architekturen und Eigenschaften haben – mit Araucaria araucana zeigt eine raue Rinde und eine offene Baumkrone und Nothofagus Antarktis Sie haben eine glattere Rinde und eine dichtere Baumkrone. Diese Forschung lieferte Hinweise darauf, dass Flechtengemeinschaften selbst in so kleinem Maßstab unterschiedlich auf Umweltveränderungen reagieren.

Um die physiologischen Mechanismen zu erforschen, die es Flechten ermöglichen, sich in einem bestimmten Lebensraum anzusiedeln und dort zu überleben, wollten Villagra und ihr Team untersuchen, wie die photosynthetische Kapazität von Flechten auf Veränderungen von Luftfeuchtigkeit und Licht reagiert, zwei Variablen, die sich mit fortschreitendem Klimawandel und Veränderungen der Waldstruktur voraussichtlich ändern werden. Zu diesem Zweck führten sie eine neue Studie im Nationalpark Alerce Costero (Südchile) in einem Wald durch, der von drei Baumarten dominiert wird –Nothofagus nitida, Saxegothaea auffallend und Drimys winteri– wo sie die Flechten untersuchten, die in unterschiedlichen Höhen auf den Stämmen dieser Bäume wachsen. 

Die Forscher platzierten außerdem Sensoren an den Bäumen, um Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufzuzeichnen und sich so ein besseres Bild vom Mikroklima zu machen, das jede Baumart erzeugt. Von den 13 Flechtenarten, die die Forscher identifizierten, wurden acht für die physiologischen Analysen verwendet. Villagra und ihr Team brachten Proben ins Labor und untersuchten, wie sich die Photosynthese veränderte, wenn die Flechten austrockneten oder zunehmenden Lichtintensitäten ausgesetzt waren.

Die Forscher fanden heraus, dass die photosynthetische Kapazität aller Flechten zwar abnahm, wenn sie austrockneten, einige Arten jedoch eine höhere Toleranz aufwiesen. Beispielsweise Cyanolichenen (also solche, bei denen die Begleitalge ein Cyanobakterium ist) wie Pseudocyphellaria coerulescens, zeigten einen stärkeren Rückgang der photosynthetischen Effizienz als Chlorolichenen (d. h. Flechten, bei denen die Begleitalge eine Grünalge ist), was darauf hindeutet, dass sie empfindlicher auf Austrocknung reagieren könnten, insbesondere da sie flüssiges Wasser benötigen, um Photosynthese betreiben zu können. Dennoch gibt es einige Arten, wie z. B. Pseudocyphellaria divulsa und Sticta ainoaewaren widerstandsfähiger und hielten ihre photosynthetische Aktivität unter trockenen Bedingungen länger aufrecht. Was ihre Reaktionen auf unterschiedliche Lichtverhältnisse betrifft, so haben mehrere Arten, wie zum Beispiel Pseudocyphellaria divulsa, war die Photosynthese sogar bei mäßigen Lichtverhältnissen reduziert, was auf eine hohe Spezifität für schattige Lebensräume schließen lässt.

Die Kombination aus Empfindlichkeit gegenüber Austrocknung und geringer Toleranz gegenüber erhöhter Strahlung, die diese Forschung aufzeigt, belegt die hohe Anfälligkeit von Flechtengemeinschaften gegenüber dem Klimawandel und Veränderungen der Waldstruktur. Dies gilt insbesondere für Arten, die auf schattige und feuchte Umgebungen beschränkt sind, da sie sowohl von Austrocknung als auch von zunehmenden Strahlungsbedingungen besonders betroffen sind, was darauf schließen lässt, dass sie besonders empfindlich auf die durch den fortschreitenden Klimawandel zu erwartenden Umweltveränderungen reagieren. Als eine der wenigen Studien zur Bewertung der physiologischen Reaktionen epiphytischer Flechten in diesen Ökosystemen bietet Villagras Forschung einen hervorragenden Ausgangspunkt zum Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf diese Organismengemeinschaften.

DER ARTIKEL::

Villagra, J., Raggio, J., Alors, D., & Sancho, LG (2024). Austrocknungstoleranz epiphytischer Makroflechten in einem immergrünen gemäßigten Regenwald (Nationalpark Alerce Costero, Chile). Asphaltmischanlagen, 13(11), 1519. https://doi.org/10.3390/plants13111519

Villagras Postdoc-Projekt „Ökophysiologie und Diversität von Flechten in Araucaria araucana Wälder und ihre Reaktionsmechanismen auf den globalen Klimawandel“, wird vom Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico de Chile (FONDECYT-Postdoctoral N°3210256) gefördert.

Carlos A. Ordóñez-Parra

Carlos (er/ihn) ist ein kolumbianischer Saatgutökologe, der derzeit an der Universidade Federal de Minas Gerais (Belo Horizonte, Brasilien) promoviert und als Wissenschaftsredakteur bei Botany One und Kommunikationsbeauftragter bei der International Society for Seed Science arbeitet. Sie können ihm auf Bluesky folgen unter @caordonezparra.

Titelbild: Nephroma antarcticum, eine Flechte aus den Araukarienwäldern. Foto von Johana Villagra.