Der Boden hat ein Gedächtnis und erinnert sich an Dürreperioden

Der Boden verfügt über ein „Gedächtnis“, und dieses Gedächtnis kann Pflanzen dabei helfen, auf Dürre zu reagieren, wie neue Forschungsergebnisse der Universität Nottingham und der Universität Kansas zeigen.

Die Forschung zeigt, dass mikrobielle Gemeinschaften im Boden sich an vergangene Klimata und Umweltereignisse „erinnern“ und dass ihre Erinnerung die Reaktion einiger Pflanzen auf neue Dürreperioden beeinflusst.

Vererbungseffekte

Dürren treten aufgrund unseres sich ständig verändernden Klimas immer häufiger auf und werden immer schwerwiegender. Diese Dürren stellen eine große Bedrohung für Nutzpflanzen und natürliche Ökosysteme dar.

Dürre verändert die Bodenmikrobiota, indem sie funktionelle Merkmale selektiert, die die Fitness unter trockenen Bedingungen erhalten. In einer neuen Studie untersuchten Forscher, wie langfristige Unterschiede in den Niederschlagsmengen die Bodenmikroben beeinflussen und ob diese Veränderungen die Reaktion der Pflanzen auf zukünftige Dürren beeinflussen.

„Die Bakterien, Pilze und anderen Organismen, die im Boden leben, können tatsächlich wichtige Auswirkungen auf Dinge haben, die von Bedeutung sind, wie Kohlenstoffbindung, Nährstofftransport und – was uns besonders interessiert – die langfristigen Auswirkungen auf Pflanzen“, sagte Maggie Wagner, außerordentliche Professorin für Ökologie und Evolutionsbiologie in Kansas.

Legacy-Effekte oder ökologisches Gedächtnis beschreiben, wie vergangene Belastungen – in diesem Fall Dürre – die Reaktion der Mikrobiota auf zukünftige Umweltbelastungen beeinflussen. Wie sich Legacy-Effekte durch Niederschläge auf Bodenmikroorganismen und Pflanzen auswirken, ist jedoch unklar, insbesondere im Zusammenhang mit zukünftigen Dürren.

„Wir verstehen nicht wirklich, wie Vererbungseffekte funktionieren“, sagte Wagner. „Welche Mikroben sind auf genetischer Ebene beteiligt und wie funktioniert das? Welche bakteriellen Gene werden beeinflusst? Wir verstehen auch nicht, wie diese klimatische Vererbung durch den Boden zu den Mikroben gelangt und schließlich zur Pflanze.“

Unterschiedliche Niederschlagsmengen

Forscher analysierten Böden aus sechs Prärien in Kansas, die jeweils sehr unterschiedlichen Niederschlagsmengen ausgesetzt sind. Sie identifizierten bestimmte Mikroben und mikrobielle Gene, die mit der Niederschlagsgeschichte in Verbindung stehen, und testeten dann welchen Einfluss diese mikrobiellen Hinterlassenschaften auf die Leistungsfähigkeit der Pflanzen hatten während eines kontrollierten Dürreexperiments.

Die Ergebnisse zeigen auch, wie historische Wasserstressbelastungen die Bodenmikrobiota umgestalten und letztlich beeinflussen, wie bestimmte Pflanzenarten mit zukünftigen Dürrebedingungen umgehen. Es zeigte sich, dass Mikroben aus trockeneren Böden einem einheimischen Präriegras halfen, besser mit Dürre umzugehen , Mais jedoch nicht denselben Vorteil verschafften. Die RNA-Sequenzierung der Wurzeln zeigte, dass Mikroben, die zuvor geringen Niederschlägen ausgesetzt waren, eine veränderte Expression von Pflanzengenen, die an der Transpiration beteiligt sind, und eine intrinsische Wassernutzungseffizienz während der Dürre aufwiesen.

Die Ergebnisse könnten auch dazu beitragen, in Zukunft klimaresistente Nutzpflanzen zu entwickeln, sagte Dr. Gabriel Castrillo, Gruppenleiter an der School of Biosciences in Nottingham.

„ Bodenmikroorganismen haben die Fähigkeit, sich schnell an Umweltveränderungen anzupassen und helfen Pflanzen, Trockenstress zu widerstehen“, sagte Castrillo. „Bemerkenswert ist, dass diese Mikroorganismen sich auch an frühere Umweltbedingungen „erinnern“ können, ein Phänomen, das als Legacy-Effekt oder ökologisches Gedächtnis bekannt ist. Das Verständnis dieser mikrobiellen Vermächtnisse könnte uns helfen, widerstandsfähigere landwirtschaftliche Systeme zu entwickeln und Ökosysteme vor zukünftigen Klimabelastungen zu schützen.“

Quellenhinweis:

Precipitation legacy effects on soil microbiota facilitate adaptive drought responses in plants, Nature Microbiology, October 2025. Ginnan, N. A., et al