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Überall auf der Welt findet man Gips-Trockengebiete. Hier ist der Zugang zu Wasser kritisch, aber auch herausfordernd. Das Eingraben in die Tiefen des Bodens kann es Pflanzen ermöglichen, den Grundwasserspiegel zu erreichen, aber was ist mit flach wurzelnden Pflanzen? In einer Studie veröffentlicht in Annals of Botany, Laura de la Puente und Kollegen finden das Wasser in Gipskristallen ist eine wichtige Wasserquelle für diese Pflanzen.

Gipsböden stellen eine Schwierigkeit für die darin lebenden Pflanzen dar. Sie kommen oft in Trockengebieten vor, was bedeutet, dass nicht viel Wasser ankommt. Die Böden speichern auch wenig Wasser, sodass der Regen, der eintrifft, möglicherweise nicht lange anhält. Bei der Untersuchung früherer Forschungsergebnisse stellten de la Puente und Kollegen jedoch fest, dass die Wasserverfügbarkeit im Sommer in Gipsböden in einigen Fällen höher war als in nahe gelegenen Nicht-Gipsböden. Das haben frühere Untersuchungen gezeigt Helianthemum squamatum kann Wasser aus Gipskristallen extrahieren. Könnten also auch andere flach wurzelnde Pflanzen in gipshaltigen Böden diese Fähigkeit haben?

Pflanzen, die in Gipsböden leben, haben entweder Eigenschaften für Stresstoleranz oder sind Gypsophile, Pflanzen, die sich auf Gipsböden spezialisiert haben. Die Botaniker entschieden, dass diese Gipsspezialisten die Pflanzen waren, die am ehesten Kristallisationswasser nutzten.

Das Team machte sich daran, die Verteilung von Wasserquellen auf Pflanzenarten in einer Gipsgemeinschaft zu untersuchen. Die Wissenschaftler konnten feststellen, woher das Wasser kam, indem sie die Isotope in den Elementen maßen, die das Wasser bildeten. Einige Isotope von Wasserstoff und Sauerstoff sind schwerer als gewöhnlich. In oberen Bodenschichten entweicht Wasser mit diesen schwereren Atomen weniger wahrscheinlich durch Verdunstung, sodass Wasser im Oberboden etwas schwerer ist als typisches Wasser. In den tieferen Schichten findet keine Verdunstung statt, daher hat das Wasser hier einen hohen Anteil an leichteren Wassermolekülen.

Es ist dieser Unterschied im Wassergewicht, den de la Puente und Kollegen nutzten, um die Wasserquellen zu verfolgen.

„Wir haben die Variation in der Isotopenzusammensetzung von Wasser entlang des Bodenprofils charakterisiert und die Auswirkung der Wurzeltiefe der Arten und der Affinität zu Gipsböden auf ihre Wassernutzung sowohl im Frühjahr als auch im Sommer bewertet. Wir haben auch analysiert, wie Pflanzen mit dem Boden unter ihnen interagieren. Unter Berücksichtigung der Wasseraufnahmemuster der Pflanzen stellten wir die Hypothese auf, dass … flach wurzelnde, gipsexklusive Arten im Sommer bevorzugt Kristallisationswasser aus Gips verwenden, während flach wurzelnde, nicht exklusive Arten auf das (knapp) freie Wasser beschränkt sein werden in der Oberboden. Umgekehrt werden tief verwurzelte Arten, unabhängig von ihrer Affinität zu Gips, hauptsächlich auf die Nutzung von tiefem Bodenwasser und/oder Grundwasser während der Sommerdürre angewiesen sein“, schreiben de la Puente und Kollegen.

Das Team untersuchte die Pflanzen auf einem Gipshügel in Saragossa im Nordosten Spaniens. Der Regen fällt in diesem Teil Spaniens hauptsächlich im Frühling und Herbst. Im Sommer ist es trocken, sodass die Pflanzen mit Trockenheit zu kämpfen haben. Der Boden besteht zu fast zwei Dritteln aus Gips.

Die Wissenschaftler beprobten im Frühjahr und Sommer Pflanzen zur Isotopenanalyse, um einen Vergleich zu haben.

„An jedem Probenahmetermin haben wir die Hauptstämme (einschließlich der Wurzelkrone) von fünf Individuen jeder Art geerntet. Wir haben kräftige, mittelgroße Individuen ausgewählt, die mindestens 5 m voneinander entfernt sind.“

Das Team verwendete dann das Wasser im Xylem, um anzuzeigen, woher die Pflanzen ihr Wasser bezogen.

„Wir haben Gipskristallisationswasser als einen entscheidenden Bestandteil des Wasserhaushalts in Gipstrockengebieten identifiziert“, schreiben de la Puente und Kollegen. „Wasser, das in der kristallinen Struktur von Gips enthalten ist, war die wichtigste Wasserquelle für fast alle flach wurzelnden Arten und eine äußerst relevante Wasserquelle für tief wurzelnde Arten während der Sommerdürre. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Gipskristallisationswasser unabhängig von ihrer Affinität zu Gipsböden von Pflanzen in großem Umfang genutzt wird. Im Gegensatz zu unseren Vorhersagen nutzten sowohl endemische als auch nicht endemische Gipsarten … mit flachen Wurzeln Gipskristallisationswasser als bevorzugte Wasserquelle im Sommer.“

Die Botaniker geben zu, dass dies ein Rätsel ist, da unklar ist, wie die Pflanzen an das Kristallwasser gelangen. Sie stellen fest, dass neuere Forschungen zeigen, wie einige Mikroorganismen Gipsgestein auflösen können, indem sie organische Säuren absondern. Geben Pflanzen etwas von ihren Wurzeln ab, um in das in den Kristallen enthaltene Wasser einzudringen? Oder ermutigen sie Mikroben, die Arbeit für sie zu erledigen?

Obwohl der Mechanismus unbekannt ist, scheint es sicher, dass die Pflanzen ihr Wasser aus Gips beziehen. de la Puente und Kollegen weisen darauf hin, dass dies Gipskristallisationswasser zu einer potenziell unerklärten Wasserquelle in Studien von Trockengebieten macht, die auf allen Kontinenten zu finden sind.