Belastungsprobe im Zeitraffer

„Hierher, hier sind viele!” Die Stimme kommt hinter einem steilen Hang hervor, knapp dreißig Meter von uns entfernt. Wir befinden uns im Matschertal, einem kleinen Seitental im Vinschgau, auf einer Höhe von etwa 1.500 Metern Meereshöhe. Silvia kniet auf dem Boden und deutet lächelnd mit den Händen vor sich. Ein paar vereinzelte Lärchen auf der abschüssigen Wiese und die Umrisse von einigen Kälbern verhindern eine gute Sicht auf sie. Aber sobald sie die Stimme hören, richten sich ein paar Menschen aus ihrer gebückten Haltung auf und bewegen sich schnell in ihre Richtung. Die Gruppe ist sportlich gekleidet. Man könnte meinen, sie wären auf der Suche nach Schwarzbeeren. Doch Silvia Lembo, Biologin von Eurac Research, hat eine Fläche mit „behaarten“ Kleepflanzen entdeckt; die sechs Forscherinnen und Forscher beeilen sich, die Pflänzchen einzusammeln, zu verstauen und nach Bozen zu bringen. Dort beginnt die zweite Phase des Projekts Upshift, das die Anpassung von Pflanzen in großen Höhen untersucht, wenn sie durch den Klimawandel unter Druck geraten.
„Der mit feinen Härchen bedeckte Klee ist etwas schwieriger zu finden, aber für unser Experiment ziehen wir ihn dem gemeinen Klee vor“, erklärt Lembo, während sie mit einem Stecheisen einen kleinen Erdklumpen herauszieht und das Pflänzchen mitsamt den Wurzeln in einen schwarzen Kunststoffbehälter mit kleinen Löchern einsetzt. „Aus botanischer Sicht sind die beiden Pflanzen gleich, aber der Flaum bildet eine Hülle, die die Blätter schützt, mehr Wasser zurückhält und sie widerstandsfähiger gegen Veränderungen macht.“ Es müssen 120 Proben mit Kleepflänzchen gesammelt werden: mehrere Stunden Arbeit, nur durch eine kleine Jause unterbrochen, die sitzend auf einem Felsen gegessen wird.

Für die Studie muss die Gruppe zum Klee noch 120 Exemplare des Habichtskrauts (Hieracium pilosella) hinzufügen. Es ist ebenfalls eine behaarte Pflanze mit adstringierenden und reinigenden Eigenschaften, deren tiefgelbe Blüte mit dem Löwenzahn verwechselt werden könnte. „Wir müssen darauf achten, dass die Pflanzen nicht zu nahe beieinander stehen, da sie sonst miteinander konkurrieren und die eine schneller wächst als die andere, um sich durchzusetzen“, betont Bouchra El Omari, Biologin und Expertin für funktionelle Ökologie. „Wir achten darauf, dass die Blätter ähnlich groß sind; wenn die Proben zu unterschiedlich sind, sind die Beobachtungen weniger zuverlässig.“ El Omari verwendet ein Instrument, eine Art Metalltopf ohne Boden, mit dem sie in die Erde sticht und die Klumpen entnimmt. Das Loch darf nicht zu groß sein, damit die Wiese nicht zu sehr verunstaltet wird. Es wird sofort geglättet.

Eine Kuh nähert sich mit ihrer Schnauze den Behältern, die bereits mit Pflänzchen gefüllt sind. Ein Forscher schiebt sie mit sanfter, aber fester Hand weg, bevor sie wieder weitergrast. Kühe und Pflanzen sind Teil desselben Ökosystems. Veränderungen, die einen Part betreffen, wirken sich zwangsläufig auch auf die anderen Elemente aus. Wenn sich die Pflanzen verändern, wie reagieren dann die Kühe darauf? Und wie werden sich die Pflanzen in einer neuen, höher gelegenen Umgebung verändern?

Einige Stunden später werden die Pflanzen im Untergeschoss des terraXcube, dem Zentrum für Extremklimasimulation von Eurac Research, eingetopft und an ein Bewässerungssystem angeschlossen. Ein Teil von ihnen wird einer invasiveren Behandlung unterzogen: Die Forscherinnen und Forscher lösen die Erde von den Wurzeln, waschen sie unter fließendem Wasser und topfen die Pflänzchen dann in Erde aus 2.500 Metern Höhe um, also 1.000 Meter höher als im natürlichen Lebensraum der Pflanzen. „Wir tun dies, um die realen Bedingungen so gut wie möglich zu simulieren“, erklärt Silvia Lembo, während sie die kleinen Wurzeln vorsichtig eingräbt. „Auch die Zusammensetzung des Bodens ändert sich mit der Höhenlage.“

Jeder Topf wird mit einem Filzstift beschriftet, jede Probe wird genau auf einer Tabelle vermerkt. Dann werden die Pflanzen auf die vier kleinen Klimakammern des terraXcube verteilt, und die Türen werden geschlossen.
Die in den Kammern eingestellten Klimaparameter sind dieselben, die an den Messstationen von Eurac Research im LTER-Standort im Matschertal gemessen wurden.

Die Bewässerungsintervalle (30 ml pro Tag und Topf), die Temperatur (von minimal 12 °C bis maximal 15 °C) und die Lichtintensität (nachts dunkel und tagsüber zwischen 10 und 85 Prozent schwankend) sind in allen Kammern gleich. Der Druck hingegen ändert sich und simuliert 260 Meter (Bozen), 1.500, 2.500 und 4.000 Meter Meereshöhe. „Die größte Höhe ist natürlich übertrieben, in der Natur wandern die Pflanzen nicht so hoch, aber wir brauchen sie, um ihre Reaktion auf die Spitze zu treiben und besser zu sehen, was passiert“, erklärt Bouchra El Omari. „Die Daten, die uns am meisten interessieren, sind die von 2.500 Metern Höhe; eine Höhe, die sowohl der Klee als auch das Habichtskraut in naher Zukunft wahrscheinlich erreichen werden.“

Nach einer Woche der Eingewöhnung beginnen die Messungen, um zu sehen, wie die Pflanzen auf den Stress durch die Veränderung reagiert haben. El Omari, Lembo und Kollegen machen sich an die Arbeit. Mit verschiedenen Instrumenten messen sie das Wachstum der Blätter, den Chlorophyllgehalt und die Transpiration (Abgabe von Wasserdampf an die Luft). Anschließend tragen sie alle Daten sorgfältig in eine Excel-Tabelle ein.
Tagsüber „atmen“ die Pflanzen Kohlendioxid ein und Wasserdampf aus. Die Hypothese lautet, dass die Pflanzen aufgrund des niedrigeren Drucks in großer Höhe mehr Wasserdampf ausatmen, so dass sie stärker unter Austrocknung leiden und ihr Wachstum beeinträchtigt wird.

Im vergangenen Jahr hatte die Arbeitsgruppe bereits eine ähnliche Testreihe mit Klee und mit der Stein-Zwenke (Brachypodium rupestre), einem Gras, durchgeführt. „Beide Arten – und insbesondere die Stein-Zwenke – erwiesen sich als äußerst widerstandsfähig. In niedrigeren Höhenlagen konnten wir bei keinem Parameter signifikante Veränderungen feststellen, erst auf 4.000 Metern beobachteten wir einen allgemeinen Rückgang der Biomasse. Beim Klee verzeichneten wir in den ersten zwei Wochen einen Rückgang des Chlorophyllgehalts, bevor er sich in den Wochen danach erholt hat“, sagt Lembo. „Aus dem gleichen Grund stellen wir diesmal als Kontrollart eine im Gewächshaus gezüchtete Art, die Gänserauke Arabidopsis thaliana, zum Vergleich neben die in der freien Natur entnommenen Pflanzen.“ Lembo verabschiedet sich und schließt die Tür des Simulators hinter sich: Er wird sie – zusammen mit ein paar Kolleginnen und Kollegen – auf 4.000 Meter Höhe bringen, um die Messungen abzuschließen. Die endgültige Veröffentlichung der Ergebnisse wird für Ende 2024 erwartet.