Der Klimawandel bringt Pflanzen bereits an ihre Grenzen. Steigende Temperaturen und veränderte Niederschlagsmuster zwingen die Arten, sich in der Landschaft an geeignete Bedingungen anzupassen – oft schneller, als sie sich anpassen können. Nirgendwo ist dieser Druck so groß wie in alpinen Ökosystemen. Diese Hochgebirgsregionen erwärmen sich schneller als die meisten anderen Gebiete und sind gleichzeitig von veränderten Niederschlägen, kürzeren Schneezeiten und zunehmenden Waldbränden betroffen. Für alpine Pflanzen ist diese Kombination besonders gefährlich, da sie auf schmale Streifen nahe der Berggipfel beschränkt sind und kaum Spielraum haben, sich bei veränderten Bedingungen auszubreiten. Daher sind alpine Ökosysteme in den Fokus der Forschung gerückt, die untersucht, wie der Klimawandel Pflanzengemeinschaften verändern wird und ob diese die bevorstehenden Veränderungen überstehen können.

Einer der Forscher, die diese Fragen stellen, ist Dr. Jerónimo Vázquez-Ramírez, ein mexikanischer Wissenschaftler, der kürzlich seine Promotion an der Deakin University abgeschlossen hat. In einem Interview mit Botanik EinsVázquez-Ramírez erklärte, er habe „Ich habe mich schon immer zu alpinen Ökosystemen hingezogen gefühlt, weil sie sowohl schön als auch biologisch extrem sind.Sein Interesse am Klimawandel vertiefte sich nach seinem Umzug nach Australien für seine Promotion. Er kam dort in einem ungewöhnlich heißen und trockenen Jahr an, kurz bevor die verheerenden Buschbrände von 2019/2020 das Land heimsuchten. In Gesprächen mit seiner Doktorvaterin, Professorin Susanna Venn, rückte eine zentrale Frage in den Fokus: Wie wirken sich klimabedingte Extremereignisse auf Samen und Keimlinge aus, die frühesten und empfindlichsten Stadien des Pflanzenlebens?

Vázquez-Ramírez während der Feldarbeit. Foto von Jerónimo Vázquez-Ramírez.

Um eine so komplexe Frage zu beantworten, musste man über einzelne Ursachen hinausblicken. Vázquez-Ramírez Zunächst wurden bereits veröffentlichte Studien herangezogen, um zu untersuchen, wie sich der Klimawandel auf die Pflanzenregeneration im globalen Maßstab auswirkt.Diese Arbeit zeigte, dass Erwärmung, geringere Niederschläge und frühere Schneeschmelze Samen und Keimlinge je nach Stadium ihres Lebenszyklus auf unterschiedliche und oft gegensätzliche Weise beeinflussen können. Entscheidend ist jedoch, dass die meisten früheren Studien diese Faktoren isoliert betrachteten. In der Realität treten sie selten allein auf. Höhere Temperaturen führen in der Regel zu trockeneren Böden, dünneren Schneedecken und einem höheren Brandrisiko. All diese Faktoren können gemeinsam beeinflussen, ob sich Samen richtig entwickeln, zum richtigen Zeitpunkt keimen oder als Keimlinge überleben.

Parzellen und offene Kammern am Untersuchungsort. Foto von Jerónimo Vázquez-Ramírez

Um dieses Problem anzugehen, begann Vázquez-Ramírez zu untersuchen, wie verschiedene Klimastressoren zusammenwirken. In früheren Arbeiten, Er untersuchte, wie sich Temperaturveränderungen, Dürre und Schneeschmelze auf die Bodensamenbanken auswirken.Die Studie untersuchte die im Boden gespeicherten Samenreserven. Sie zeigte, dass geringere Schnee- und Niederschlagsmengen sowohl die Anzahl keimender Samen als auch die Artenvielfalt der entstehenden Pflanzenarten verringerten und damit möglicherweise das langfristige Überleben alpiner Pflanzengemeinschaften gefährdeten. Diese Erkenntnisse warfen eine grundlegendere Frage auf: Was geschieht, wenn Klimawandel und Störungen gemeinsam auf den gesamten Lebenszyklus eines Samens einwirken – von der Samenentwicklung bis zum Anwachsen der Sämlinge im Freiland? Diese Frage stand im Mittelpunkt ihrer jüngsten, kürzlich veröffentlichten Studie. Annals of Botany.

Die Forscher verlegten ihr Experiment in den Bogong-HochebeneIn den Bergen Südost-Australiens beobachteten sie dreizehn häufige alpine Pflanzenarten über zwei Vegetationsperioden hinweg. Das Team legte kleine, sorgfältig aufeinander abgestimmte Versuchsflächen an und setzte sie vier verschiedenen Szenarien aus: den heutigen Bedingungen, einem wärmeren und trockeneren Klima, Waldbränden und einer Kombination aus beidem. Um das zukünftige Klima zu simulieren, Sie entwarfen kleine, überdachte Gewächshäuser, die die Temperatur sanft erhöhten und gleichzeitig die Menge an Niederschlag, die den Boden erreichte, reduzierten.Das Feuer wurde mithilfe kontrollierter Minibrände simuliert. Die Forscher ließen kurzzeitig kleine Vegetationsflächen abbrennen und fügten Rauchchemikalien hinzu, die denen ähnelten, die bei echten Waldbränden entstehen, um Bedingungen zu simulieren, denen sie zunehmend begegnen werden.

Forscher wenden die Verbrennungsbehandlung vor Ort an. Foto von Jerónimo Vázquez-Ramírez.

Anschließend verfolgten sie drei wichtige Stadien des Pflanzenlebens. Zunächst sammelten sie Samen, die unter den verschiedenen Klimabedingungen gewachsen waren, und maßen deren Größe, Gewicht und Keimfähigkeit. Danach vergruben sie die Samen in feinmaschigen Beuteln knapp unter der Erdoberfläche und kontrollierten sie monatlich, um festzustellen, wann und wie viele gekeimt waren. Schließlich zogen sie die Sämlinge im Gewächshaus vor und verpflanzten sie in die Versuchsflächen, wo sie ihr Überleben fast ein Jahr lang beobachteten.

Als die Forscher die tatsächlichen Gegebenheiten im Freiland untersuchten, zeigte sich ein klares Muster: Zukünftige Klimabedingungen erschwerten alpinen Pflanzen das Leben in jeder Phase, und Feuer verschärfte die Überlebenschancen zusätzlich. Die Wärmekammern erhöhten die Bodentemperaturen um fast 2 °C und trockneten den Boden aus. Unter diesen Bedingungen waren die Samen im Allgemeinen kleiner und leichter, was darauf hindeutet, dass die Mutterpflanzen bei Wassermangel Schwierigkeiten hatten, in ihre Nachkommen zu investieren. Diese Auswirkungen wirkten sich auch auf die Keimung aus. Von mehr als zwölftausend in den Boden gepflanzten Samen keimte nur etwa ein Drittel. Auf wärmeren und trockeneren Flächen keimten noch weniger Samen, und viele keimten später als üblich. Auch Feuer reduzierte die Keimung, wenngleich seine Auswirkungen geringer waren als die der Austrocknung allein.

Die größten Verluste traten jedoch nach der Keimung auf. Die Überlebensrate der Sämlinge sank unter den zukünftigen Klimabedingungen rapide und fiel in abgebrannten Gebieten sogar noch weiter. In nicht abgebrannten Gebieten starben die meisten Sämlinge im Winter, wie in alpinen Regionen zu erwarten. In den vom Feuer betroffenen Gebieten hingegen erreichte die Sterblichkeit ihren Höhepunkt im Sommer, als der freiliegende Boden extreme Temperaturen erreichte. Diese zeitlichen Verschiebungen gehörten für Vázquez-Ramírez zu den überraschendsten Ergebnissen.

„Als wir mit der Studie begannen, erwartete ich, dass die experimentellen Behandlungen Auswirkungen auf die Anzahl der keimenden Samen und die Anzahl der etablierten Sämlinge haben würden“, sagt er. „Was mich überraschte, war, wie stark sie auch die Keimung beeinflussten.“ wann Samen keimten und wann Sämlinge starben ab. Bei vielen Arten verlagerte sich die Keimung von den Kontrollbedingungen im Frühjahr auf die wärmeren und trockeneren Bedingungen im Herbst. Ebenso verlagerte sich die Sämlingssterblichkeit von einem Höhepunkt im Winter unter Kontrollbedingungen auf einen Höhepunkt im Sommer unter warmen und trockenen Bedingungen. Diese saisonalen Verschiebungen sowohl bei der Keimung als auch beim Überleben waren für mich die unerwartetsten Ergebnisse der Studie.
Studienort im Winter. Foto von Jerónimo Vázquez-Ramírez.

Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass der Klimawandel alpine Pflanzen nicht durch einen einzigen dramatischen Schlag bedroht, sondern durch eine Reihe subtilerer Störungen in der Anfangsphase ihres Lebens. Mit zunehmender Wärme und Trockenheit produzieren die Pflanzen kleinere Samen mit weniger Nährstoffen, in heißen Jahren keimen weniger Samen, und viele Sämlinge sterben ab, bevor sie sich etablieren können. Feuer stellt ein weiteres Hindernis dar, da es den Schutz zerstört und junge Pflanzen tödlicher Hitze und Trockenheit aussetzt. Wichtig ist, dass diese Belastungen nicht auf einfache oder vorhersehbare Weise wirken.

Diese Arbeit ist mit dieser Studie nicht abgeschlossen. Vázquez-Ramírez ist nun Marie-Skłodowska-Curie-Postdoktorand an der Universität Kopenhagen, wo er seine Forschung weiter nördlich ausdehnt. Dort untersucht er, wie sich der Klimawandel auf die Pflanzenregeneration in arktischen Ökosystemen auswirkt – Umgebungen, die sich, ähnlich wie alpine Regionen, rapide erwärmen und in denen sich die frühesten Stadien des Pflanzenlebens erneut als besonders anfällig erweisen könnten. Hoffentlich können Studien wie die von Vázquez-Ramírez dazu beitragen, die zukünftige Entwicklung dieser einzigartigen Ökosysteme besser vorherzusagen.

DER ARTIKEL::

Vázquez-Ramírez J, Venn SE. 2025 Der Klimawandel kann die Eigenschaften von Samen und Sämlingen verändern und die Keimungs- und Sterbemuster in alpinen Umgebungen verschieben. Annals of Botany 136: 651-667. https://doi.org/10.1093/aob/mcaf132

Titelbild: Keimling, der aus den im Vázquez-Ramírez-Experiment vergrabenen Säcken keimt. Foto von Jerónimo Vázquez-Ramírez