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Blütenpflanzen der Antarktis reagieren gegensätzlich auf Erwärmung
Die beiden einzigen heimischen Gefäßpflanzen der Antarktis reagieren auf jahrelange Erwärmung in entgegengesetzte Richtungen. Während Deschampsia antarctica Wassertransport und Photosynthese drosselte, steigerte Colobanthus quitensis beide Leistungen. Ein siebenjähriger Freilandversuch zeigt damit, dass selbst eng benachbarte Arten unter demselben Klimareiz unterschiedliche physiologische Strategien verfolgen können.
Concepción (Chile). In der maritimen Antarktis wachsen nur zwei heimische Gefäßpflanzenarten, das Antarktische Haargras Deschampsia antarctica und das Antarktische Perlkraut Colobanthus quitensis. Beide leben in einer extremen Umwelt, in der Wassertransport und Photosynthese eng mit Kälte und Frost-Tau-Wechseln verknüpft sind. Wie sich eine länger anhaltende Erwärmung auf diese Funktionen auswirkt, war im Freiland über mehrere Jahre bislang nur unzureichend geklärt.
Forscher der Universidad de La Frontera (UFRO) um Dr. Patricia L. Sáez haben diese Reaktion nun in einem siebenjährigen Erwärmungsversuch untersucht. Die Versuchsflächen lagen auf King George Island nahe der polnischen Antarktisstation Henryk Arctowski. Dort standen Pflanzen in oben offenen Kammern, die ihre unmittelbare Umgebung passiv erwärmten, während benachbarte Bestände unter natürlichen Bedingungen als Vergleich dienten.
Das Team hat nicht nur die CO₂-Aufnahme der Blätter erfasst, sondern auch deren hydraulische Leitfähigkeit, also wie gut Wasser durch das Blatt transportiert werden kann. Zusätzlich untersuchten die Forscher anatomische und strukturelle Merkmale, die diesen Transport beeinflussen. Damit ließ sich prüfen, ob sich Photosynthese und Wasserversorgung unter derselben Erwärmung gemeinsam verändern und ob beide Arten dabei denselben Weg einschlagen.
Die Studie zeigt eine enge Kopplung zwischen Wassertransport und Photosynthese bei beiden Pflanzenarten. Die Richtung dieser Anpassung war jedoch gegensätzlich. Das ist entscheidend, weil die beiden Arten zusammen die gesamte heimische Gefäßpflanzenflora des antarktischen Kontinents bilden und deshalb nicht ohne Weiteres durch eine einzige typische Reaktion repräsentiert werden können.
Nach sieben Jahren in den Erwärmungskammern war die hydraulische Leitfähigkeit der Blätter von Deschampsia antarctica geringer als bei Pflanzen auf offenen Vergleichsflächen. Gleichzeitig sank die Netto-Photosynthese. Die Autoren deuten dieses Muster als eher konservative Reaktion, bei der Stabilität und hydraulische Sicherheit gegenüber einer hohen Transportleistung stärker ins Gewicht fallen.
Colobanthus quitensis reagierte in derselben Versuchsumgebung entgegengesetzt. Seine Blätter transportierten Wasser besser und erreichten eine höhere Photosyntheseleistung. Zugleich nahm die Elastizität der Zellwände zu, wodurch sich Wassertransport und CO₂-Diffusion verbessern können. Veränderungen der Gefäßanatomie und die kompakte polsterartige Wuchsform, die Wärme zurückhält, stützen diese plastischere Anpassungsstrategie.
Der Versuch macht zugleich deutlich, dass Erwärmung in der Antarktis nicht einfach nur mehr milde Stunden bedeutet. In den offenen Erwärmungskammern nahm die aufsummierte Zeit unter 0 Grad Celsius im Vergleich zu den offenen Flächen von 32 auf 309 Stunden zu. Die Studie bringt den Leistungsrückgang des Haargrases deshalb auch mit häufigeren Frost-Tau-Ereignissen und einer möglichen beschleunigten Blattalterung in Verbindung.
Für Deschampsia antarctica könnte außerdem eine stärkere Regulation des Wasserwegs außerhalb des Xylems eine Rolle spielen. Damit sind Transportabschnitte im Blattgewebe jenseits der eigentlichen Leitgefäße gemeint. Bei Colobanthus quitensis sprechen die Daten dagegen für anatomische Veränderungen, die sowohl den Wasserfluss als auch den Weg des Kohlendioxids innerhalb des Blattes erleichtern.
Die gegensätzlichen Reaktionen zeigen, dass selbst die zwei am selben Standort vorkommenden Gefäßpflanzen der Antarktis nicht nach demselben physiologischen Muster auf längerfr