Pflanzenphysiologie: Vegetation als unerwartete Methanquelle

Auch lebende Pflanzen setzen große Mengen des Treibhausgases Methan frei und können auf diese Weise die Erdatmosphäre beeinflussen – bis zu dreißig Prozent der jährlichen Gesamtemissionen des Gases könnten demnach aus der Vegetation stammen. Der zugrundeliegende Prozess ist allerdings unbekannt.

Entdeckt haben diese neue Quelle Wissenschaftler um Frank Keppler vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik, als sie untersuchten, welche Gase von abgestorbenen und frischen Laubblättern freigesetzt werden. Anschließend überprüften sie in Labor und Freiland auch die Gasemissionen von lebenden Pflanzen wie Mais oder Weidelgras. Um den Methanausstoß zu messen, führten sie die Experimente in zuvor Luft durch, der zuvor sämtliches Methan entzogen worden war.

Methanmessung im Labor | In einer Pflanzenkammer wie dieser wurde geprüft, ob auch lebende Pflanzen – hier das Weidelgras (Lolium perenne) – Methan bilden. Die Experimente mussten dabei in methanfreier Umgebung durchgeführt werden, um eine Verfälschung durch methanhaltige Umgebungsluft zu vermeiden.

Mit Hilfe von Gaschromatographen und Isotopenanalysen konnten die Forscher zeigen, dass das Methan nicht nur bakteriell in sauerstoffreier Umgebung anfällt. Vielmehr bildete sich das auch Faulgas genannte Produkt tatsächlich auch in Gegenwart von Sauerstoff – bei lebenden Pflanzen sogar in 10- bis 100-fach höherer Konzentration als bei abgestorbenem Pflanzenmaterial. Die Bildungsrate des Methans stieg zudem unter Sonneneinfluss nochmals stark an und sie verdoppelte sich jeweils bei einer Temperaturzunahme um weitere 10 Grad.

Die genauen pflanzenphysiologischen Prozesse, die hinter dieser Art der Methanbildung stehen, konnten von den Wissenschaftlern noch nicht geklärt werden. Die gängigen Lehrbuchkenntnisse müssen allerdings ihrer Meinung nach schon jetzt geändert werden: Bislang galt es als gesichert, dass Methan nur anaerob unter Luftausschluss entsteht – etwa beim Abbau von organischem Material wie auf Müllhalden, in Reisfeldern und Sümpfen oder durch Gärprozesse in Rindermägen und Termitenbauten.

Regenwald in Surinam | Das meiste Methan aus lebenden Pflanzen wird in den Tropen gebildet. das könnte auch erklären, warum Satellitenmessungen über dem Regenwald höchste Methankonzentrationen in der Atmosphäre nachgewiesen haben.

Keppler und seine Kollegen schätzen nun, dass jährlich etwa 60 bis 240 Millionen Tonnen Methan durch lebende Pflanzen ausgestoßen werden – der überwiegende Teil davon in den Tropen mit ihrer großen lebenden Biomasse. Das könnte auch die hohen Methankonzentrationen über tropischen Regenwäldern erklären, die vor kurzem durch eine weitere Forschergruppe der Heidelberger Universität mittels Satellitendaten nachgewiesen wurde. Neben dem exakten Reaktionsmechanismus der Methanproduktion in der Pflanze wollen die Forscher nun auch untersuchen, wie hoch die Emissionsraten langlebiger Pflanzenarten wie Bäume sind und welche Rolle diese Art der Methanbildung in der Erdgeschichte gespielt hat. Zudem soll geklärt werden, ob und welche Rückkoppelungen es zwischen Erderwärmung und natürlicher Methanfreisetzung gibt.