Blick in die Forschung

Ausgewählte wissenschaftliche Projekte

Treibhauseffekte, Feuchtgebiete und Untergrundspezialisten

Ein künstlicher Teich in den Gewächshäusern: Über und unter Wasser messen optische Sensoren den Gasumsatz. „Wir führen hier Test-Experimente und Probemessungen zur Treibhauseffektforschung und zur Unterwasserphotosynthese durch“, erklärt Professor Marian Kazda, Leiter des Instituts für Systematische Botanik und Ökologie.

Der Wissenschaftler, der auf dem Gebiet der Ökophysiologie und Ökosystemdynamik forscht, gilt als Spezialist für Feuchtgebiete und die Entstehung von Gasen unter Sauerstoffabschluss – ein Thema das bis die Biogasforschung reicht. Ein weiterer Fokus seiner Forschung liegt im Untergrund: auf den vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Pflanze und Boden sowie insbesondere auf der Rolle der Wurzeln beim Gas- und Nährstoffaustausch.

Wasserleiter im Trockenstress

Vorsichtig schneidet der Gärtner von seiner Leiter aus meterlange Ranken aus der sommergrünen Waldrebe (Clematis vitalba). Bis über zehn Meter hoch klettert die Liane aus der Familie der Hahnenfußgewächse, und es gelingt ihr dabei problemlos, noch das höchste Blatt mit Wasser und Nährstoffen zu versorgen. Dass sie dabei – wie so viele andere Pflanzen auch – ganz gegen die Gesetze der Physik zu verstoßen scheint, fasziniert Professor Steven Jansen.

Der Arbeitsgruppenleiter vom Institut für Systematische Botanik und Ökologie forscht an der Universität Ulm zum pflanzlichen Wassertransport. Wie schafft es die Pflanze, ihren Xylemsaft bis in diese Höhen durch die Gefäße zu leiten? Mit modernsten Analyse- und Bildgebungsverfahren werden pflanzliche Leitgewebe und Flüssigkeiten untersucht. Und tatsächlich kommen die Biologen der Natur langsam auf die Spur. „Wir vermuten, dass pflanzliche Tenside eine Schlüsselrolle beim Wassertransport in der Pflanze spielen. Sie reduzieren die Oberflächenspannung des Wassers, sodass die Luftbläschen im Flüssigkeitsstrom kleiner werden und die Wassersäule nicht so schnell abreißt“, glaubt Jansen. Ein weiterer Faktor ist die poröse Struktur der wasserleitenden Gefäße. „Diese verhindert einerseits den Eintritt großer Luftblasen. Andererseits hilft sie bei der Bildung von Nanobläschen, die mit Tensiden ummantelt sind“, erklärt der Botaniker.

Fragen rund um die Themen Trockenstress und Trockenresistenz interessieren die Botaniker um Jansen ebenfalls. Was passiert in der Pflanze, wenn sich bei großer Trockenheit ein negativer Druck aufbaut? Mit welchen Strukturen und Strategien gelingt es den Pflanzen, sich über lange oder kurze Zeiträume an Trockenphasen anzupassen? In Zeiten des Klimawandels und zunehmender Dürren gewinnt diese Forschung zusehends an Bedeutung. Für die Gärtner im Botanischen Garten sind die dazugehörigen Experimente hart. „Sie müssen die Pflanzen gezielt vernachlässigen und dabei mit ansehen, wie die Pflanzen unter dem Trockenstress leiden“, so der Floraforscher Jansen. Dabei sind sie es doch gewohnt, die Pflanzen zu hegen und zu pflegen.

Chemische Ökologie: Warum Bienen auf bestimmte Blüten fliegen

 

Hinter dem Verwaltungsgebäude des Botanischen Gartens, angebaut an einen Baucontainer, stehen die Flugzelte des Instituts für Evolutionsökologie und Naturschutzgenomik. Tritt man näher, hört man ein vielstimmiges Summen. Wildbienen schwirren umher. Emsig besuchen die Pollen- und Nektarsammler die Blüten dort aufgestellter Topfpflanzen. Mitarbeiter aus der Arbeitsgruppe von Professor Manfred Ayasse erforschen hier das Bestäuberverhalten verschiedener Wildbienenarten.

Auf welche Blumen fliegen die Bienen und auf welche nicht? Welche Blütensignale locken sie an; welche Düfte, Farben und Formen? Welchen Einfluss auf die Bestäubung haben Klimawandel und Pestizide? Hochspezialisierte Glockenblumenbienen zum Beispiel reagieren auf blaue Tupfen mit grünem Hintergrund, doch sie brauchen genau diesen Duft, den Glockenblumen abgeben, bevor sie auf den Blüten landen. „Dafür haben sie hochsensitive Antennen, die schon auf niedrigste Konzentrationen der Duftstoffe reagieren“, erläutert der Ökologe Ayasse, der gemeinsam mit dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI) im letzten Jahr mit „BienABest“ eines der größten Forschungsprojekte in Deutschland zum Schutz der Wildbienen auf den Weg gebracht hat. Bienen haben äußerst empfindliche Wahrnehmungsorgane. Aus Experimenten mit Wildbienen, die ebenfalls im Botanischen Garten durchgeführt wurden, wissen die Ulmer Forscher, wie leicht die Wahrnehmung dieser hochsensiblen Insekten Schaden nimmt. So zeigte sich bei Pestizidversuchen, dass Neonikotinoide die Wirtspflanzenerkennung und das Sammelverhalten stören. Die Bestäubungsrate sinkt auch, wenn es die Tiere mit Trockenstress-geplagten Pflanzen zu tun haben.

Hinzu kommen die Experimente zur Evolution des Sozialverhaltens. So gibt es Furchenbienen, die als Einzelgänger leben oder in Gemeinschaft. Andere wiederum kennen unterschiedliche Formen der Vergesellschaftung. In der Biologie spricht man in diesem Fall von sozial polymorph. „Je nach Lokalität dominiert eine bestimmte Form des Zusammenlebens, und diese bestimmt auch die Kommunikation der Bienen untereinander“, erläutert der Biologe. Für eine Studie zu diesem Thema wurde eine Furchenbienenansammlung im Freigelände des Gartens angelegt und die jeweiligen Kommunikations- und Interaktionsmuster untersucht.

Text: Andrea Weber-Tuckermann

Fotos: Elvira Eberhardt, Daniela Stang, Institut für Systematische Botanik und Ökologie