Mit der Klimaerwärmung zunehmende Dürreperioden beeinflussen das Wachstum von Bodenmikroorganismen und damit unter anderem die Nährstoffaufnahme von Pflanzen. „Allerdings ist es bisher kaum möglich gewesen, die bakteriellen Aktivitäten in trockenen Böden zu messen. Eine neue, von uns entwickelte Methode schafft hier Abhilfe“, so Andreas Richter vom Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft (CeMESS) der Universität Wien.
Bei bisherigen, üblicherweise gut funktionierenden Ansätzen werden stabile Isotope an Mikroorganismen gefüttert, die diese in ihre DNA einbauen. Dadurch lässt sich die Wachstumsrate bestimmen. Allerdings muss dafür Wasser auf die Bodenproben aufgebracht werden, was diese verändern würde.
Für ihre Studie, die nun im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht wurde, gaben die Forscherinnen und Forscher hingegen in einem geschlossenen Gefäß isotopisch-markiertes Wasser neben die Bodenproben, worauf die Bakterien den Sauerstoff aus dem Wasserdampf in ihre DNA aufnahmen. „Das ist wirklich ein Riesenschritt und wird eine breite Anwendung finden, weil es erstmals erlaubt, in trockenen Böden Bakterienwachstum zu messen, was bisher nicht machbar war“, so der Ökosystemforscher gegenüber der APA.
Freilandexperiment in der Steiermark
Eingesetzt wurde die Methode bei Bodenproben aus dem Freilandexperiment „ClimGrass“ in der Steiermark, das der Erforschung der Folgen des Klimawandels im Grünland dient. Dazu wurden die Temperaturen im Boden von oben durch Infrarotheizungen um drei Grad und die atmosphärischen CO2-Konzentrationen durch Begasung erhöht. So konnten zukünftige Klimaverhältnisse simuliert werden. Dann verglich das Forschungsteam die Reaktion der Mikroorganismen auf Dürre, einerseits beim aktuellen, andererseits beim künftigen Klima.
Beim aktuellen Klima wuchsen 90 Prozent der Bakterienarten durch die simulierte Dürre nicht mehr. Wurden sie vorher über viele Jahre dem Zukunftsklima ausgesetzt, waren viele Gruppen von Mikroorganismen trotz Trockenheit unbeeindruckt. „Sie konnten mit dem Trockenstress deutlich besser umgehen. Es zeigte sich, dass die, die noch immer wachsen, dies genauso schnell tun wie vorher. Allerdings sinkt die Anzahl der wachsenden Mikroorganismenarten deutlich. Die Diversität der wachsenden Bakterien nimmt stark ab“, so Richter.
Suche nach trockentoleranten Mikroorganismen
Dieses „ganz oder gar nicht“ sei dadurch erklärbar, dass Mikroorganismen in winzig kleinen Wasserfilmen oder Wassertropfen im Boden leben. „Sie haben dann entweder Wasser zur Verfügung, dann können sie wachsen, oder eben nicht, dann wachsen sie gar nicht. Das ist, was wir hier beobachten“, so der Experte. Nun sei erstmals klar, wie es dazu kommt, dass die Wachstumsraten in den Böden durchschnittlich geringer sind. „Nicht weil die Bakterien bei Dürre langsamer wachsen würden, sondern weil insgesamt weniger Bakterien wachsen.“
Ein besonders trockentolerantes Bakterium aus der Gattung Streptomyces sei sogar häufiger in trockenen Böden gefunden worden. Durch sein fadenförmiges Wachstum könnte es leichter wassergefüllte Bereiche der trockenen Böden „überbrücken“. Sei bekannt, welche Mikroorganismen besonders gut mit Trockenheit zurechtkommen wäre es möglich, sie gezielt mit Pflanzen zusammenbringen und deren Wachstum zu verbessern.