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News: Frühreife Pflanzen durch Kohlendioxid

Ein farb- und geruchloses Gas lässt Pflanzen aussehen wie das "blühende Leben": Kohlendioxid heißt das wichtige Lebenselixier, das sie bei der Photosynthese in Biomasse umwandeln. Doch wie wirkt sich der rapide CO2-Anstieg der letzten Jahrzehnte auf Pflanzen aus? Neue Forschungen enthüllten nun, dass zumindest eine Kiefernart davon profitiert, indem sie sich früher und reichlicher fortpflanzt.
Die Atmosphäre des Planeten Venus besteht zu über 95 Prozent aus Kohlendioxid, das Temperaturen von fast 500 Grad Celsius auf der Oberfläche hervorruft. In der Erdatmosphäre macht dieses ungiftige, nicht brennbare Gas mit derzeit 0,036 Prozent jedoch nur einen winzigen Bruchteil aus. Allerdings erhöhte sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre seit Beginn der Industrialisierung um 1800 von 270 ppm (parts per million) exponentiell auf heute 370 ppm – und ein Ende dieses dramatischen Anstiegs mit bislang unabsehbaren Folgen für alles Leben auf der Erde ist noch nicht in Sicht.

Seit mehr als zwei Jahrzehnten erforschen Wissenschaftler, wie Pflanzen auf die erhöhten CO2-Konzentrationen reagieren, die größtenteils beim Verbrennen fossiler Energiequellen (Kohle, Erdöl und Erdgas) und Holz entstehen. Kulturpflanzen antworten darauf mit einem schnelleren Wachstum und höheren Erträgen. Aber Experimente an Wildpflanzen unter künstlichen Bedingungen führten zu sehr widersprüchlichen Ergebnissen.

Shannon LaDeau und James Clark von der Duke University untersuchten nun die Auswirkungen des Treibhausgases auf Gewächse im Freiland: In einem Kiefernwald installierten sie in sechs 150 Quadratmeter großen Flächen lange, senkrechte Rohre, aus denen Kohlendioxid strömte. Die Hälfte der Pinus taeda-Bestände wuchsen bei CO2-Umgebungskonzentrationen, während die Wissenschaftler die andere Hälfte mit Konzentrationen von 560 ppm begasten, wie sie vermutlich im Jahr 2050 herrschen werden. Die anderen Bedingungen waren sowohl in den Experimentier- als auch in den Kontrollfeldern identisch und unterlagen den Wetterverhältnissen, die Mutter Natur bestimmte.

Frühere Ergebnisse aus demselben Wald deuteten bereits darauf hin, dass höhere Kohlendioxidkonzentrationen sowohl die Photosynthese als auch das Wachstum der Kiefern ankurbeln. Nun fragten sich die Wissenschaftler, welchen Effekt der CO2-Anstieg auf deren Fortpflanzung ausübt und entdeckten dramatische Auswirkungen: Die Kiefern waren nach drei Jahren Wachstum unter CO2-Begasung in der doppelten Zahl der Fälle bereits fortpflanzungsreif und produzierten dreimal mehr Zapfen und Samen als ihre Artgenossen unter den heutigen Umweltbedingungen. Zudem brachten die Bäume in den begasten Versuchsflächen mehr Samen hervor als Kiefern derselben Größe in den Kontrollfeldern. Die Wissenschaftler nehmen an, dass Pinus taeda einen höheren Prozentsatz des ihr verfügbaren Kohlendioxids in die Fortpflanzung investiert.

Peter Curtis von der Ohio State University betont: "Dies ist eine elegante Vorführung, dass sich der stimulierende Effekt von CO2 auf die Photosynthese und das Wachstum auch auf die Reproduktion überträgt." Wissenschaftler vermuten aber, dass schnell wachsende Arten wie die Kiefer stärker auf höhere Kohlendioxidkonzentrationen reagieren als langsam wachsende Harthölzer. Wenn dies zutrifft, "erwarten wir dramatische Veränderungen in der Zusammensetzung der Waldgemeinschaft", hebt LaDeau hervor. Doch es bleibt weiterhin unklar, wie existierende Waldgesellschaften auf erhöhte CO2-Gehalte reagieren, denn bei den Versuchsflächen handelte es sich lediglich um Kiefernplantagen und nicht um Waldökosysteme.

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  • Quellen
ScienceNow
Science 292: 95–98 (2001)

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