Klimawandel: Anpassung der Photosynthese in den Baumkronen

Die Photosynthese in den Baumkronen reagiert auf steigende Temperaturen mit einer Erhöhung der maximalen Photosyntheseleistung. Foto: Pixabay
(14.1.2025) Neue Forschungen zeigen: Pflanzen passen ihre Photosynthese an. Diese Anpassung wurde bisher hauptsächlich an einzelnen Blättern untersucht. Eine neue Studie untersucht nun die gesamte Baumkrone. Die Auswertung von Eddy-Kovarianz-Standorten ↗ weltweit ergab, dass die Photosynthese der Baumkronen bei steigenden Temperaturen zunimmt, wenn die Wasserverfügbarkeit nicht limitierender Faktor ist. Unterschiedliche Ökosysteme passen sich zudem unterschiedlich an die Temperatur an. Ackerflächen akklimatisieren sich schnell, Grasland langsam.Dies ist wichtig, um die Auswirkungen des Klimawandels auf Pflanzen zu verstehen und vorherzusagen.
Thermische Akklimatisierung der Photosynthese von Baumkronen verstehen
Die Fähigkeit von Ökosystemen, Kohlenstoff durch Photosynthese aufzunehmen, variiert stark. Die Lufttemperatur ist dabei ein wichtiger Faktor. Die Auswirkungen der Temperatur auf die Photosynthese wurden bereits untersucht. Der Prozess der thermischen Akklimatisierung wurde hingegen weniger beachtet. Dieser Prozess wird jedoch immer wichtiger. Bei der thermischen Akklimatisierung kommt es zu biochemischen Veränderungen in den Pflanzen. Bisherige Forschung hat sich auf einzelne Blätter konzentriert. Diese Studie auf die Anpassung ganzer Pflanzendächer an steigende Temperaturen. Es wird untersucht, ob sich die Photosyntheserate bei hohen Lichtverhältnissen an höhere Durchschnittstemperaturen anpassen kann.
Beweise für die thermische Akklimatisierung der Photosynthese im Kronendach
In dieser Studie wurden Daten aus dem FLUXNET2015-Netzwerk ↗ verwendet, um die Photosyntheseraten ↗ im Kronendach verschiedener Ökosysteme zu messen. Ziel war es, den Zeitrahmen zu bestimmen, in dem sich die Photosynthese an Temperaturveränderungen anpasst. Außerdem wollten sie bewerten, wie gut aktuelle Photosynthesemodelle diese Anpassungsprozesse erfassen. Die Ergebnisse sind eindeutig: Die Photosynthese im Kronendach kann sich an verschiedene Temperaturen anpassen. Besonders deutlich war dies bei ausreichender Wasserverfügbarkeit. Die Forscher stellten fest, dass 87 % der analysierten Datenfelder positive thermische Akklimatisierungsraten zeigten, von denen 65 % statistisch signifikant waren. Diese Ergebnisse sind wichtig, um die Wärmeakklimatisierung des gesamten Ökosystems zu verstehen und die Photosynthesemodelle zu verbessern. Diese Akklimatisierungsreaktion wurde in verschiedenen Ökosystemen beobachtet. Ackerland wies die höchsten, Grünland die niedrigsten Akklimatisierungsraten auf. Das Akklimatisierungssignal ist auch bei Berücksichtigung anderer Umweltfaktoren stark. In tropischen immergrünen Wäldern ist die Photosynthese weniger an die Temperatur angepasst als in anderen Ökosystemen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wärmeakklimatisierung den Pflanzen bei der Carboxylierung ↗ hilft.
Der Zeitraum der thermischen Akklimatisierung
Die Bestimmung des Zeitraums, in der sich die Photosynthese der Baumkronen an die Temperaturveränderungen anpassen muss, war einer der wichtigsten Aspekte der Studie. Die Forscher stellten fest, dass dieser Zeitraum bei den verschiedenen Pflanzenfunktionstypen unterschiedlich ist. Grasland und Ackerland benötigten die kürzesten Akklimatisierungszeiten von nur 12 bzw. 16 Tagen, während immergrüne Nadel-Laubwälder, laubabwerfende Laubwälder und Feuchtgebiete deutlich länger brauchten. Die Eingewöhnungszeit liegt im Durchschnitt bei etwa 14 Tagen.
Die Akklimatisierungszeit der immergrünen Laubwälder war nicht eindeutig messbar. Sie wurde auf etwa 13 Tage geschätzt. Die Länge der Akklimatisierungszeit spiegelt ein Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffaufnahme und Anpassungskosten wider.
PFT-spezifische ↗ Akklimatisierungszeiten müssen in Klimawandel-Modellen berücksichtigt werden. Schnell wachsende Ökosysteme können sich schneller anpassen, während langsame Ökosysteme mehr Zeit benötigen.
Auswirkungen auf die Zukunft: Thermische Akklimatisierung und Klimawandel
Die Photosynthese in Baumkronen beeinflusst die Vorhersage der Reaktion von Ökosystemen auf die zukünftige Erwärmung. Unter optimalen Bedingungen können Pflanzen ihre Kohlenstoffaufnahme erhöhen. Allerdings können aufgrund des Klimawandels auch größere Schwankungen in der Wasserverfügbarkeit auftreten. Pflanzen reduzieren in Dürreperioden ihre Photosynthesekapazität, um Wasser zu sparen. Diesen Prozess müssen wir in Landoberflächenmodellen genau darstellen, um die Reaktionen von Ökosystemen auf die globale Erwärmung vorhersagen zu können. Dazu ist die Einbeziehung der saisonalen Akklimatisierung wichtiger photosynthetischer Prozesse in diese Modelle zwingend erforderlich. Vor allem muss das Verständnis der thermischen Akklimatisierung in Bezug auf Temperatur und Wasserverfügbarkeit im Kronendach verbessert werden, um das zukünftige Verhalten von Ökosystemen vorhersagen zu können.
(iDiv)
Publikation
Liu, J., Ryu, Y., Luo, X., Dechant, B., Stocker, B.D., Keenan, T.F., Gentine, P., Li, X., Li, B., Harrison, S.P., & Prentice, I.C. (2024). Evidence for widespread thermal acclimation of canopy photosynthesis. Nature Plants. doi.org/10.1038/s41477-024-01846-1 ↗