Wie der Klimawandel Bodenmikrobiome beeinflusst

Die meisten Kreaturen, die zur Veranschaulichung der Tragödie des Klimawandels verwendet werden, sind die bekannte Art:Eisbären. Monarchenschmetterlinge. Meeresschildkröten. Unser Boden wird jedoch oft übersehen – er wimmelt nur so von Milliarden mikroskopisch kleiner Organismen, die die artenreichste Umgebung der Erde bilden. Wie alle Lebewesen sind auch sie vom Klimawandel betroffen.

Es gibt eine Tatsache, die häufig erwähnt wird, wenn Menschen über Erde sprechen:In einem Teelöffel gesunder Erde gibt es mehr Mikroorganismen als Menschen auf der Erde.

Die Matrix der Lebewesen, die pflanzliches und tierisches Leben recyceln, ist unglaublich komplex, mit Bakterien, Protozoen, Pilzen, Actinomyceten, Nematoden und anderen, die auf unzählige, weitgehend unbekannte Weise interagieren. Und wie könnten Dürre, übermäßige Niederschläge, Hitze und erhöhte CO2-Emissionen diese Beziehungen beeinflussen?

Bodenmikroorganismen sind die Grundlage allen Lebens auf der Erde, daher ist es eine lebenswichtige Frage für alle. Wenn die Mikroben aus dem Gleichgewicht geraten, wird es auch alles andere sein. Aber für Landwirte ist es besonders wichtig. Bereits die konventionelle Landwirtschaft bringt mit ihren Chemikalieneinträgen und der Bodendegradation Mikroorganismen und ihre Ökosysteme aus dem Gleichgewicht, mit verheerenden Langzeitfolgen für die Ernten. Der Klimawandel könnte das Problem massiv verschärfen.

Wie das genau aussehen wird, ist unklar. Wenn sich das Wetter und die Wachstumsbedingungen ändern, könnten Bakterien und Pilze, die beispielsweise Pflanzen bei der Aufnahme von Nährstoffen helfen, ihr Gleichgewicht mit weniger nützlichen Mikroben verschieben? Könnten bestehende Krankheitserreger stärker werden? Könnte es sogar zu einem Massensterben kommen?

„Was auch immer passiert, es wird wahrscheinlich nicht extrem sein“, sagt Jennifer Martiny, Professorin für Ökologie an der UC Irvine, die sich auf die mikrobielle Vielfalt konzentriert. „Mikroben werden nicht aussterben. Sie sind sehr anpassungsfähig; sie werden wahrscheinlich überleben.“

Aber darüber hinaus, sagt Martiny, ist zwar sicher, dass Mikroorganismen betroffen sein werden, aber niemand weiß genau, wie. „Die Zusammensetzung der Mikroben wird sich mit dem Klimawandel ändern. Es wird die Funktion beeinträchtigen“, sagt sie. „Aber es vorherzusagen ist ziemlich schwierig.“

Diese Unsicherheit hat mehrere Gründe. Der größte ist die unglaubliche Komplexität des Bodenmikrobioms und des dortigen Beziehungsgeflechts. Pilze interagieren mit anderen Pilzarten, mit Bakterien, mit den einzelligen Organismen, die Protisten genannt werden, mit Pflanzenwurzeln – und all das ist für das bloße Auge unsichtbar. Die Bemühungen der Forscher, diese Reihe von Verbindungen zu skizzieren, befinden sich noch in einem sehr grundlegenden Stadium.

Von Taigi, Shutterstock.

Hinzu kommt, dass Bodenmikroorganismen pflanzliches organisches Material abbauen und den dabei entstehenden Kohlenstoff entweder im Boden speichern oder als Kohlendioxid an die Atmosphäre abgeben. Wenn der Klimawandel ihre CO2-Atmung beschleunigt, könnte dies zu einem Teufelskreis führen, der die Klimaauswirkungen verschärft. Auch das Gegenteil könnte eintreten:Mikroben könnten die Auswirkungen des Klimawandels dämpfen, indem sie mehr Kohlenstoff im Untergrund speichern.

Die Bestimmung dessen, was wahrscheinlich im Falle eines erhöhten atmosphärischen CO2-Gehalts oder anderer Faktoren wie größerer Hitze und mehr oder weniger Wasser als gewöhnlich passieren wird, weist eine weitere Schwierigkeit auf:Diese Bedingungen sind in einem langfristigen Forschungskontext schwer nachzuahmen. Und die durchgeführten Experimente fanden größtenteils in natürlich vorkommenden Umgebungen wie Wäldern und Wiesen statt, nicht in landwirtschaftlichen Umgebungen.

Wissenschaftler haben einige Beobachtungen darüber gemacht, wie Bodenmikroben unter neuen Bedingungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel reagieren. Ein Kolloquium von Experten aus dem ganzen Land kam im November virtuell zusammen, um das Thema zu diskutieren. Ein späterer Bericht stellte fest, dass die Klimaerwärmung die Vielfalt von Mikroben verringern, die Komplexität ihrer Beziehungen erhöhen und ihre Zersetzung organischer Bodensubstanz beschleunigen kann. Es ist wahrscheinlich, dass neue Krankheitserreger auftauchen.

Die Forscher hatten jedoch einen Vorbehalt:Diese Ergebnisse gelten möglicherweise nicht für alle Böden. Schließlich kann die Zusammensetzung der Mikroben auf einer Farm völlig anders sein als auf einer anderen. „Es hängt immer vom Boden ab“, sagt Janet Jansson, Chefwissenschaftlerin für Biologie am Pacific Northwest National Laboratory und Teilnehmerin des Kolloquiums.

Aber Jansson betont, dass Mikroben generell dazu neigen, anpassungsfähig zu sein. „Es gibt eine komische Sache mit Mikroorganismen:Wenn Sie ihnen eine Änderung der Umgebung, der Ressourcen oder des Zustands geben, finden sie irgendwie ihren Weg“, sagt sie. „Sie können einige wenige haben, und unter den richtigen Bedingungen werden sie anfangen zu gedeihen.“

Jennifer Pett-Ridge, eine leitende Wissenschaftlerin, die Bodenmikrobenökologie am Lawrence Livermore National Laboratory studiert, stimmt zu. „Jeder Mikroorganismus hat eine ganze Reihe von Tricks … es ist fest verdrahtet, sie auszuführen – einen definierten funktionalen Merkmalsraum“, erklärt sie. „Hier ist also ein Organismus, der mit [wenig Sauerstoff] umgehen kann, wenn er überschwemmt wird, oder ein anderer, der mit niedrigem Wasserpotential umgehen kann.“ Solange es eine Vielzahl von Mikroben im Boden gibt, werden einige von ihnen unter neuen Bedingungen gedeihen.

Trotz aller Ungewissheit darüber, wie Bodenmikroorganismen auf den Klimawandel reagieren werden, gibt es tatsächlich eine einfache Antwort für Züchter, die sich darüber Sorgen machen könnten:Streben Sie nach Böden, die von einer vielfältigen Gruppe von Mikroben besiedelt sind.

Das mag ohne ein Mikroskop schwer zu bestätigen erscheinen, aber Wissenschaftler sagen, dass es tatsächlich intuitiv ist. Konzentrieren Sie sich auf den Aufbau eines gesunden Bodens, und die Vielfalt wird von selbst kommen. Und ein gesunder Boden selbst, ob vielfältig oder nicht, wird angesichts des Klimawandels seine eigenen Vorteile bringen.

Es stellt sich heraus, dass die Gespräche der letzten zehn Jahre über Bodengesundheit und regenerative Landwirtschaft auch in Bezug auf den Klimawandel ins Schwarze treffen.

„Die Bodengesundheit ist wirklich die Grundlage eines widerstandsfähigen Agrarsystems. Es ist die Grundlage“, sagt Matt Wallenstein, ehemaliger Leiter der Abteilung für Boden- und Pflanzenwissenschaften an der Colorado State University und derzeit leitender Bodenwissenschaftler beim Landwirtschaftsunternehmen Syngenta.

Um ein widerstandsfähiges Agrarsystem aufzubauen, müssen viele verschiedene Pflanzen angebaut werden, denn jede bietet etwas anderes für Mikroben. Die Vermeidung von Pestiziden ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da sie einige dieser winzigen Organismen auslöschen können.

Eine Luftaufnahme von Feldern mit vielfältigem Pflanzenwachstum. Von YueStock, Shutterstock.

Es bedeutet auch, den Boden so wenig wie möglich zu stören. Landwirte, die ihr Land nur oberflächlich oder gar nicht bestellen, tragen unter anderem zum Erhalt von Mykorrhiza bei, einem nützlichen Pilz, der Pflanzenwurzeln mit Nährstoffen und anderen Mikroben verbindet. Einige Untersuchungen haben gezeigt, dass Mykorrhizapilze einer Pflanze helfen können, die Produktivität angesichts von Dürre aufrechtzuerhalten.

Verschiedene Forscher betonen unterschiedliche Praktiken. „Was kann ich tun, wenn ich meine Mikroben glücklich machen möchte? Ich denke, es kommt auf organische Bodensubstanz an – sie puffert das System“, sagt Daniel Buckley, ein mikrobieller Ökologe an der Cornell University. Er empfiehlt den saisonalen Einsatz von Deckfrüchten. Andere sagen, dass regelmäßige Kompostanwendungen der Schlüssel sind.

Einige Unternehmen – darunter Syngenta – haben Probiotika oder Bioimpfstoffe entwickelt, die nützliche Mikroben nutzen. Während diese möglicherweise nützlich sein könnten, um die natürliche mikrobielle Aktivität angesichts des Klimawandels zu steigern, ist die Erforschung ihrer Wirksamkeit nicht entscheidend.

Der beste Weg, sich auf die Auswirkungen des Klimawandels auf Mikroorganismen vorzubereiten, besteht derzeit darin, den Boden so gut wie möglich zu pflegen. „Mikroben sind unsere Verbündeten – ein Freund des Landwirts“, sagt Wallenstein. „Solange wir uns durch gute Pflege und Bewirtschaftung unserer Böden um sie kümmern, werden sie ihren Teil zur Unterstützung der Pflanzengesundheit beitragen.“