Unter dem südlichen Indischen Ozean, wo die afrikanische tektonische Platte von ihrem antarktischen Nachbarn abreißt, erhebt sich ein Tiefseevulkan. Er durchdringt die Meeresoberfläche im brüllende Vierziger, eine Region, die für ihre heulenden Winde und stürmischen Wellen berüchtigt ist, wo sie bekannt ist als Marion Island.

Den Winden ausgesetzt, verlassen die Insel kalt, mit Wikipedia, dass Schnee oder Frost sind zu jeder Jahreszeit zu erwarten. Es wird auch erwähnt, dass es zu den wolkigsten Orten der Welt gehört. Man würde erwarten, dass, wenn irgendwo die globale Erwärmung einen Nutzen hätte, dieser Ort der richtige wäre. Die Insel liegt außerdem an einem Ort, an dem die größte Erwärmung erwartet wird. Ein Team südafrikanischer Botaniker besuchte die Insel 2019 und 2020, um Experimente durchzuführen, um herauszufinden, was die Zukunft für die Insel bereithält.

Marion Island klingt nach einem großartigen Ort für botanische Feldforschung. Es ist isoliert, da es erst nach der Kontinentalteilung zusammen mit seiner Nachbarinsel Prince Edward Island entstand. Es ist ein großartiger Ort, um dem Alltag zu entfliehen, es sei denn, Sie möchten Pinguinen, Robben und Wanderalbatrosse. Die Hälfte der weltweiten Wanderalbatrosse-Population lebt auf der Insel. Leider ist diese Population in Schwierigkeiten, denn es gibt auch viele MäuseDie ersten Menschen kamen erst 1799 auf die Insel und brachten Mäuse als blinde Passagiere mit. Spätere Ankömmlinge, die 1947 eine Forschungsstation errichteten, brachten jedoch weitere invasive Arten mit.

Nahaufnahme von Poa annua (Einjähriges Rispengras), die die charakteristische Blütenstruktur und Blattanordnung zeigt. Das Gras weist mehrere zarte, verzweigte Samenstände mit kleinen weißlich-grünen Blüten auf, die an dünnen Stängeln sitzen. Die schmalen, blattartigen Blätter sind hellgrün, wobei einige braune oder gelbliche Spitzen aufweisen, typisch für diese häufig vorkommende invasive Grasart. Die Pflanze bildet dichte Büschel mit aufrechten Blütenstängeln und gewölbtem Laub. Im Hintergrund ist weitere Grasvegetation sichtbar, jedoch unscharf.
poa annua auf Marion Island von Elmar van Rooyen / iNaturalist CC-BY-NC

poa annua, auch bekannt als Poa infirmaist ein in Westeuropa weit verbreitetes Gras, das auch als eingeführte Art auf der ganzen Welt vorkommt. Grassamen verbreiten sich überall und gelangten Mitte des 20. Jahrhunderts bis nach Marion Island, wo sie zu einer invasiven Art wurden.

Ein reifer Büschel Agrostis stolonifera (Kriechendes Straußgras), fotografiert in einem Gebiet, das wie eine Forschungsstation oder ein bebautes Gebiet aussieht. Das Gras bildet einen großen, dichten Büschel mit zahlreichen hohen, goldbraunen Samenständen, die über das Laub ragen. Die Pflanze zeigt das charakteristische Wachstumsmuster dieser Art mit grünen und gelblichen, blattartigen Blättern, die einen kräftigen Büschel bilden. Die zahlreichen, zarten, rispenförmigen Samenstände sind voll ausgereift und fangen das Licht ein, was ihnen ein federleichtes, weizenfarbenes Aussehen verleiht. Im Hintergrund sind Wellblechgebäude und Holzpaletten zu sehen, was darauf hindeutet, dass das Foto in der Forschungsstation auf Marion Island aufgenommen wurde.
Agrostis stolonifera auf Marion Island von Elmar van Rooyen / iNaturalist CC-BY-NC

Agrostis stolonifera ist ein weiteres weit verbreitetes eurasisches Gras, das vom Menschen übernommen wurde auf der ganzen Welt. Es verbreitet sich nicht nur durch Samen, sondern auch durch Ausläufer, kriechende horizontale Stängel, die neue Wurzeln bilden können. Das bedeutet, dass sich die Pflanze, wenn sie einen geeigneten Ort findet, schnell ausbreiten kann.

Polypogon magellanicus (Magellan-Bartgras) wächst in seinem natürlichen Lebensraum auf Marion Island und weist die charakteristischen gebogenen, federartigen Samenstände auf, die diesem einheimischen Gras sein unverwechselbares Aussehen verleihen. Die Pflanze bildet dichte Büschel mit langen, gewölbten Blättern und auffälligen purpurbraunen, federartigen Blütenständen, die sich anmutig im Wind biegen. Das Gras wächst inmitten der für Marion Island typischen Vegetation, darunter niedrig wachsende Polsterpflanzen, Moose und andere Gräser in verschiedenen Grün-, Braun- und Rot-Orangetönen. Die Landschaft zeigt das charakteristische flache, windgepeitschte Gelände der Insel mit in der Ferne sichtbaren Feuchtgebieten unter einem bewölkten, grauen Himmel, der typisch für das subantarktische Klima ist.
Polypogon magellanicus auf Marion Island von Elmar van Rooyen / iNaturalist CC-BY-NC

Nita Pallett und Kollegen sammelten Proben von Gräsern auf der Insel und setzten sie in Töpfen einer Bodenerwärmung aus, die 3 °C über die Umgebungstemperatur hinausging, um zu sehen, wie sie reagierten. Sie verwendeten zwei einheimische Gräser Polypogon magellanicus und Poa cookieii zum Vergleich mit den invasiven Pflanzen, um zu sehen, ob eine Seite einen Vorteil gegenüber der anderen hätte.

Poa cookii (Cooks Rispengras) wächst in seinem natürlichen Lebensraum auf Marion Island und zeigt den robusten, büschelbildenden Wuchs, der für diese einheimische Grasart charakteristisch ist. Die Pflanze bildet einen großen, dichten Horst mit hellgrünen, schmalen Blättern, die strahlenförmig von der Mitte nach außen wachsen, und weist mehrere kompakte, gelblich-grüne Samenstände auf, die im Laub gruppiert sind. Das Gras weist die typische kissenartige Wuchsform auf, die an die rauen Winde und Kälte von Marion Island angepasst ist. Die umliegende Landschaft zeigt das typische Terrain der Insel mit dunklem Vulkanboden, Moosflecken und anderer niedrig wachsender Vegetation sowie getrockneten Gräsern in verschiedenen Ruhestadien, die einen goldbraunen Hintergrund bilden.
Poa cookieii auf Marion Island von Elmar van Rooyen / iNaturalist CC-BY-NC

Einer der Gründe, warum subantarktische Inseln wie Marion Island als so empfindlich gegenüber der globalen Erwärmung gelten, liegt in der Theorie des kalten Ökosystems. Die Theorie dahinter ist, dass in kalten Ökosystemen nicht die Temperatur als solche das Problem ist. Es ist Nährstoffmangel.

Pflanzen erhalten den größten Teil ihres Wachstums aus der Atmosphäre in Form von Kohlendioxid und aus dem Boden in Form von Wasser. Sie benötigen aber auch einige andere Elemente, insbesondere Stickstoff, Phosphor und Kalium. Diese werden dem Boden von Mikroben zugeführt, und bei Kälte sind diese weniger leistungsfähig. Das Ergebnis ist viel totes Material, das zersetzt werden kann, aber nur wenige Mikroben, die die Arbeit verrichten. Wärmerer Boden sollte eine schnellere Zersetzung, mehr Nährstoffe und damit ein schnelleres und kräftigeres Pflanzenwachstum bedeuten.

Um zu überprüfen, ob Nährstoffmangel das Problem war, führte das Team ein zweites Experiment durch. In diesem Experiment fügten sie Stickstoff, Phosphor und Kalium als Dünger hinzu, um zu sehen, wie die Pflanzen reagierten. Die Pflanzen reagierten nicht wie von der Theorie vorhergesagt.

Man könnte erwarten, dass die Erwärmung die Stickstoffverfügbarkeit verbessert. Die zusätzliche Wärme regt Mikroben an, abgestorbenes Material zu recyceln und für Pflanzen verfügbar zu machen. Doch immer mehr Studien zeigen, dass dies nicht immer der Fall ist. Pallett und Kollegen weisen auch darauf hin, dass andere Studien gezeigt haben, dass die erhöhte Nährstoffverfügbarkeit vorübergehend sein kann. Dies zeigt, warum Experimente in der realen Welt notwendig sind.

Für die Pflanzen auf Marion Island führte die Erwärmung nur bei einer einzigen Art zu einem konstanten Anstieg des Pflanzenwachstums (der invasiven poa annua). Die beiden einheimischen Gräser zeigten keine signifikante Reaktion auf die Erwärmung, und überraschenderweise auch nicht Agrostis stolonifera, die andere invasive Art. Aber das wirklich überraschende Ergebnis kam aus dem Düngemittelexperiment.

Die Düngung förderte das Pflanzenwachstum aller Arten. Und zwar deutlich. Das Wachstum verdoppelte sich, sowohl bei einheimischen als auch bei invasiven Pflanzen. Die Pflanzen waren offensichtlich hungrig nach Nahrung, die im organisch reichen Boden von Marion Island theoretisch im Überfluss vorhanden war. Aber wenn die Erwärmung diese Nährstoffe aus dem Boden freisetzen sollte, warum hungerten die Pflanzen dann immer noch?

Bodenuntersuchungen zeigten, warum die Pflanzen weiterhin hungrig blieben. Die Erwärmung setzte zwar etwas Stickstoff frei, aber weit weniger als erwartet. Schlimmer noch: Phosphor, ein weiterer für das Pflanzenwachstum wichtiger Nährstoff, wurde überhaupt nicht freigesetzt. Der reiche organische Boden von Marion Island behielt trotz monatelanger Erwärmung hartnäckig den Großteil seines Nährstoffreichtums. Die mikrobiellen Recyclingteams, die eigentlich Überstunden hätten machen sollen, erschienen kaum zur Arbeit. Diese Erkenntnisse haben erhebliche Auswirkungen auf unser Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels. Pallett und Kollegen schreiben:

[D]ertilisation wurde in Experimenten als Proxy für die Bodenerwärmung verwendet, wobei implizit angenommen wurde, dass die Erwärmung die Nährstofffreisetzung erhöht (siehe z. B. Jonasson et al. 1999; Graglia et al. 2001). Die Verwendung von Düngemitteln als Indikator für die Bodenerwärmung ist ungeeignet, da die Nährstofffreisetzung bei Erwärmung möglicherweise nicht erfolgt oder vergleichsweise gering ist. Darüber hinaus nehmen die Reaktionen auf die Erwärmung mit der Zeit aufgrund mikrobieller Temperaturakklimatisierung oder Substratlimitierung ab (Kirschbaum 2004; Romero-Olivares et al. 2017). Die Anwendung von Düngemitteln als Proxy für die Erwärmung geht auch von einer gleichzeitigen Zunahme aller von Pflanzen benötigten Nährstoffe aus, was möglicherweise nicht der Fall ist.

Die Ergebnisse zeigen, dass steigende Temperaturen invasive Pflanzen in der Arktis und Antarktis begünstigen können, da die Erwärmung nicht automatisch zu mehr Nährstoffen im Boden führt. Dies wird in schwer zugänglichen Regionen zu größeren Herausforderungen für den Naturschutz führen. Die Ergebnisse unterstreichen zudem, dass Biologen genau an diesen Orten tätig sein müssen, um ihre Modelle anhand realer Daten zu testen.

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Pallett, NCM, Ripley, BS, Greve, M. und Cramer, MD (2025) „Die Erwärmung hat begrenzte Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum durch Nährstofffreisetzung: Beweise von der subantarktischen Marion-Insel“, Annals of Botany. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcaf154.

Titelbild: Marion Island mit einigen Felsenpinguinen, die geduldig erklären, wie sie zu ihrem Namen kamen, von lizziepop / iNaturalist CC-BY-NC