Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Alpenpflanzen möglicherweise anfälliger für Hitzewellen sind als bisher angenommen. Eine Studie veröffentlicht in Umwelt- und experimentelle Botanik, von Gilbert Neuner und Othmar Buchner an der Universität Innsbruck untersuchten, wie sich die Dauer und Intensität der Hitzeexposition auf die Temperaturschwellen für Schäden und Funktionsstörungen alpiner Pflanzenarten auswirkt. Ihre Ergebnisse werden im Titel des Papiers verraten: „Die Dosis macht das Gift: Je länger die Hitze anhält, desto niedriger ist die Temperatur für Funktionsbeeinträchtigungen und Schäden.“ Die Ergebnisse könnten die Genauigkeit von Modellen verbessern, die die ökologischen Auswirkungen längerer Hitzewellen vorhersagen.
Die Forschung entstand, weil die Spitzentemperaturen von Hitzewellen zwar für Schlagzeilen sorgen könnten, Neuner und Buchner jedoch besorgt waren, dass Hitzewellen auch länger werden könnten. Sie wollten die Wirkung der Hitzedosis untersuchen, ein Maß sowohl für die Intensität als auch für die Dauer der Hitzeeinwirkung.
Dazu setzten die Forscher Blätter von Baumarten an der Baumgrenze sowie alpine Zwergsträucher und Kräuter einem Temperaturbereich von 34 °C bis 64 °C und einer Dauer von 1 Minute bis 8 Stunden aus. Sie fanden heraus, dass mit zunehmender Dauer die kritische Temperatur für Hitzeschäden deutlich um 11–18 °C abnahm.
Insbesondere fanden sie heraus, dass das Photosystem II, der Teil der Photosynthese, der Wasser in Wasserstoffionen und Sauerstoff spaltet, bei noch niedrigeren Temperaturen beeinträchtigt war. Das Photosystem II könnte bei Temperaturen, die bis zu 10 °C unter der kritischen Temperatur für Hitzeschäden liegen, zusammenbrechen. Diese Störung ist für eine Pflanze keine triviale Situation. Viele Herbizide wirken, indem sie das Photosystem II schädigen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Modellierung von Hitzeschäden an Ökosystemen komplizierter ist als die Annahme eines einzelnen Temperaturwerts. In ihrem Artikel schreiben Neuner und Buchner:
Unsere Ergebnisse bestätigen im Wesentlichen die frühen Erkenntnisse von Kappen und Zeidler (1977) zur Dosisabhängigkeit von Hitzeschäden. Durch die Prüfung einer längeren Hitzeeinwirkung von mehr als 30 Minuten kommen jedoch völlig neue Erkenntnisse hinzu. Sie sind relevant, da an den untersuchten alpinen Feldstandorten für Kleinpflanzen häufig natürliche Hitzeepisoden beobachtet wurden, die länger als 30 Minuten auf Blattebene anhielten. Die Beschreibung der Widerstandsfähigkeit einer Art gegenüber Hitze anhand einer einzigen Schwellentemperatur kann für Artenvergleiche durchaus hilfreich sein (Larcher, 2003, Schulze et al., 2019) oder wenn die intraspezifische Wärmehärtungskapazität (erworbene Thermotoleranz) beurteilt wird (Buchner und Neuner, 2003, Neuner und Buchner, 2012). Ein einzelner Schwellenwert reicht jedoch möglicherweise nicht aus, um die ökologische Bedeutung zu beurteilen oder das Risiko von Hitzeschäden in einem künftig wärmeren Klima zu modellieren. Um diese Fragen zu beantworten, ist es zwingend erforderlich, neben der Wärmeintensität auch den Dosiseffekt zu berücksichtigen, also insbesondere die Expositionsdauer oberhalb kritischer Schwellenwerte.
Neuner und Buchner 2023.
Die Ergebnisse legen nahe, dass Intensität, Dauer und Häufigkeit der Hitzewelle bei der Bewertung des Hitzerisikos für Alpenpflanzen berücksichtigt werden müssen. Die Forscher sagen, dass ihr dosisabhängiges Modell eine genauere Möglichkeit bietet, zukünftige ökologische Auswirkungen der Klimaerwärmung in alpinen Regionen vorherzusagen.
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Neuner, G. und Buchner, O. (2023) „Die Dosis macht das Gift: Je länger die Hitze anhält, desto niedriger ist die Temperatur, ab der Funktionsbeeinträchtigungen und Schäden auftreten.“ Umwelt- und experimentelle Botanik, 212(105395), p. 105395. Erhältlich unter: https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2023.105395.
