Bodenleben in der Atacama-Wüste überraschend vielfältig

Eine neue Studie zeigt, dass selbst unter harschen und extrem trockenen Voraussetzungen stabile und erstaunlich vielfältige Lebensgemeinschaften im Boden existieren. Ein internationales Team unter Leitung von Kölner Forschenden untersuchte winzige Fadenwürmer, sogenannte Nematoden, in der chilenischen Atacama Wüste. Die Atacama gilt neben den Polarregionen als trockenster Ort der Erde. Fehlender Niederschlag, hohe Salzgehalte im Boden und starke Temperaturschwankungen machen sie zu einem der lebensfeindlichsten Orte der Welt. Das interdisziplinäre Team mit Forschenden aus der Zoologie, der Ökologie und der Botanik zeigte auf, mit welchen Strategien unterschiedliche Fadenwürmer sich unter diesen Bedingungen behaupten. Die Studie, die im Fachjournal Nature Communications unter dem Titel „Geographic distribution of nematodes in the Atacama is associated with elevation, climate gradients and parthenogenesis“ veröffentlicht wurde, liefert neue Erkenntnisse über die Zusammenhänge von Mustern der Biodiversität und der Umweltvariablen, die eine Landschaft definieren.

Nematoden zählen zu den häufigsten und artenreichsten Bodenorganismen. Innerhalb eines Ökosystems spielen sie eine zentrale Rolle, denn sie regulieren Bakterienpopulationen, wirken am Nährstoffkreislauf mit und sind wichtige Indikatoren für den Zustand von Böden. Ihre Vielseitigkeit zeigt sich auch in ihrer Anpassungsfähigkeit: Nematoden überleben in der Tiefsee, in arktischen Regionen oder sogar in extrem salzhaltigen Böden.

„Böden sind für die Leistung eines Ökosystems wichtig, etwa für die Speicherung von Kohlenstoff und die Nährstoffversorgung. Daher ist ein Verständnis der darin lebenden Organismen – und hier sprechen wir nicht von Mikroben, sondern von mehrzelligen Tieren – von großer Bedeutung,“ so Dr. Philipp Schiffer vom Institut für Zoologie der Universität zu Köln und einer der Autoren der neuen Studie. „Daten zu Böden aus extremen Ökosystemen wie der Atacama sind allerdings bislang rar.“ Das Forschungsteam ist Teil des Sonderforschungsbereichs 1211 „Earth – Evolution at the Dry Limit”, der seit vielen Jahren in der Atacama tätig ist. Für diese Studie Das analysierten sie sechs ausgewählte Regionen der Atacama mit unterschiedlichen Umweltbedingungen: von feuchteren Hochlagen mit Vegetation über salzhaltige Gebiete mit hoher UV-Strahlung bis hin zu nebelgespeisten Oasen, die für die vorherrschenden Bedingungen eine überraschende Pflanzenvielfalt aufweisen. Proben aus Sanddünen, Salzseen, Flusstälern und Gebirgshöhen wurden entnommen, untersucht und in Bezug auf Artenvielfalt, Fortpflanzungsstrategien und Gemeinschaftsstruktur der Nematoden ausgewertet.

Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede: In höheren Lagen treten vermehrt Nematodenarten auf, die sich asexuell fortpflanzen – dies unterstützt eine bislang unbestätigte Theorie, nach welcher die Asexualität in extremen Bedingungen einen Vorteil bringt. Außerdem folgt die Vielfalt der Gattungen dem Muster des Wassers: Mit zunehmendem Niederschlag nimmt auch die Artenvielfalt zu. Temperaturunterschiede erwiesen sich ebenfalls als ein entscheidender Faktor für die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften. Die Studie zeigt, dass selbst unter extremen Bedingungen und an sehr entlegenen Orten stabile Bodenökosysteme existieren können. Dies ist ein Hinweis darauf, dass auch andere Trockengebiete potenziell größere biologische Vielfalt beherbergen, als bisher angenommen. Andererseits beinhalten die Ergebnisse auch Warnsignale: „In einigen untersuchten Gebieten deuten vereinfachte Nahrungsnetze darauf hin, dass die Ökosysteme bereits geschädigt und damit anfälliger für Störungen sein könnten.“

„Angesichts der global zunehmenden Trockenheit, von der immer mehr Regionen der Erde betroffen sind, gewinnen diese Erkenntnisse an Relevanz. Das Verständnis dafür, wie sich Organismen in extremen Umgebungen anpassen und aufgrund welcher Zusammenhänge mit ihrer Umwelt sie sich verbreiten, kann helfen, ökologische Folgen des Klimawandels besser abzuschätzen,“ so Schiffer. Die Ergebnisse legen nahe, dass sich makroökologische Muster wie Niederschlagsgradienten oder die Bedeutung der Höhenlage auch unter extremen Bedingungen und auf genetischer Ebene wiederfinden lassen. Damit stellt die Studie einen wichtigen Schritt dar, um die Reaktionen von Bodenorganismen auf Umweltveränderungen weltweit besser einzuschätzen.