Die Bildung von Böden – die so genannte Podogenese – ist ein langsamer Prozess, bei dem vielfältige Faktoren von Bedeutung sind. Bodenmikroorganismen in Form von Bakterien, Pilzen, Protisten und wirbellosen Bodentieren spielen dabei eine zentrale, wenn auch bislang nicht gänzlich verstandene Rolle. Ein internationales Team aus Forscherinnen und Forschern hat sich nun das Verhältnis zwischen „oben und unten“ – also zwischen dem Boden und den darauf lebenden Pflanzen – näher angesehen und dabei auch eine historische Perspektive eingenommen. Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Studie wurden nun im renommierten Fachmagazin PNAS veröffentlicht. Aus Österreich waren Dr. Sigrid Neuhauser und Dr. Martin Kirchmair vom Institut für Mikrobiologie der Uni Innsbruck am internationalen Konsortium beteiligt. Sie steuerten Bodenproben und deren Analysen aus dem Rotmoostal im Hinteren Ötztal Tirols sowie aus der Nähe des Tegernsees bei München zur Studie bei. Beide Gebiete wählten Neuhauser und Kirchmair entlang zurückgegangener Gletscher aus.
Langfristige Perspektive
Insgesamt wurden somit 16 so genannte Chronosequenzen von Böden in den Gebieten von Gletschern, Dünen, Vulkanen und anderen Sedimenten weltweit untersucht. Dabei werden die Beprobungen so vorgenommen, dass die gewählten Bodenproben verschiedene Entwicklungsstadien des Bodens – und somit unterschiedliches Alter – repräsentieren. Die Proben ermöglichen dadurch Rückschlüsse auf die Entwicklung der Böden bis weit in die Vergangenheit zurück. „Bodenmikroorganismen haben eine Schlüsselfunktion im Funktionieren und in der Produktivität unserer Böden und sind maßgeblich an globalen sowie regionalen Wasser- und Stoffkreisläufen beteiligt. Ein besseres Verständnis vergangener Entwicklungen kann uns dabei helfen, bessere Prognosen für die Zukunft im Hinblick auf die langfristige Bodenentwicklung und damit unsere Ökosysteme zu erstellen“, verdeutlichen Neuhauser und Kirchmair die Wichtigkeit eingehender Analysen des Bodenmikrobioms. „Bei den Untersuchungen für diese Studie haben wir bodenchemische Parameter erhoben, Bodenlebewesen mithilfe von DNA-basierten Methoden erfasst und auch die Zusammensetzung und Verteilung der Pflanzen auf den jeweiligen Flächen berücksichtigt“, erklärt die Innsbrucker Mikrobiologin Sigrid Neuhauser.
Internationale Ähnlichkeiten
Die Ergebnisse der Analysen zeigten – für das Team der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einigermaßen überraschend – eine ähnliche Verteilung der Biodiversität der Bodenmikroorganismen – und zwar unabhängig von der Biodiversität der darauf lebenden Pflanzen. „Bisher ging man davon aus, dass die Zusammensetzung der langfristigen Pflanzendecke in direktem Zusammenhang mit der Zusammensetzung der Mikroorganismen im jeweiligen Boden steht. Unsere Ergebnisse rütteln an dieser Annahme vor allem im Hinblick auf die Besiedelung mit mehrjährigen Pflanzen, auch wenn dazu noch viele weitere Untersuchungen nötig sind“, sagen Neuhauser und Kirchmair.
Faktor Klima
In ihren Analysen haben die Forscherinnen und Forscher verschiedene ökologische und bodenchemische Kenngrößen, die für die Bodenbildung in den einzelnen Proben von Bedeutung sind, zunächst identifiziert und anschließend mit der Biodiversität der Bodenmikroorganismen in Verbindung gebracht. „Dadurch konnten wir die 16 Chronosequenzen im Wesentlichen in zwei Gruppen einteilen: warme und/oder hochproduktive Ökosysteme sowie kalte und/oder trockenere Ökosysteme. Die klimatischen Faktoren hatten somit einen stärkeren Einfluss auf die Entwicklung der Bodenmikroorganismen als alle anderen Faktoren wie etwa Geographie, Alter oder Pflanzendecke“, verdeutlicht Martin Kirchmair. „Das heißt, dass jene Bodenökosysteme, in denen die Biodiversität der Bodenlebewesen mit jener der Pflanzendecke korreliert, generell eine geringere Gesamtproduktivität aufweisen und in den kälteren bzw. trockeneren Gebieten zu finden sind.“ Die Biodiversität des mikrobiellen Bodenlebens in Ökosystemen, in denen weniger Pflanzen vorhanden sind (kühler und/oder trockener) ist laut den Autorinnen und Autoren der Studie daher stärker von der Vielfalt der Pflanzen abhängig. In wärmeren und/oder feuchten Ökosystemen, in denen sehr viele Pflanzen vorhanden sind, ist ein Zu- oder Abnehmen der mikrobiellen Diversität primär von einem chemischen Faktor, nämlich dem pH-Wert des Bodens, abhängig. Das überraschende Ergebnis hat für das ForscherInnen-Team viele neue Fragen aufgeworfen, die bereits in verschiedenen weiterführenden Untersuchungen behandelt werden – und zeigt einmal mehr, dass die Welt der Mikroorganismen immer noch voller Rätsel ist.
Links
- M. Delgado-Baquerizo, R. Bardgett, P. Vitousek, F. Maestre, M. Williams, D. Eldridge, H. Lambers, S. Neuhauser, A. Gallardo, L. Garcia-Velazquez, O. Sala, S. Abades, F. Alfaro, A. Berhe, M. Bowker, C. Currier, N. Cutler, S. Hart, P. Hayes, Z. Hseu, M. Kirchmair, V. Pena-Ramirez, C. Perez, S. Reed, F. Santos, C. Siebe, B. Sullivan, L. Weber-Grullon, N. Fierer: Changes in belowground biodiversity during ecosystem development. PNAS, März 2019. DOI: 10.1073/pnas.1818400116
- Institut für Mikrobiologie