Zähes Leben im Tal der Trockenheit

20. September 2015, 10:34
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Salzburger Forscherin untersucht Vielfalt und Ökologie antarktischer Flechten. Die zähen Gewächse werfen der Wissenschaft noch eine Menge Fragen auf

Salzburg – Man nennt sie die "McMurdo Dry Valleys", und sie gehören zu den unwirtlichsten Gegenden unserer Erde. "Es sind ganz klassische kleine Trockentäler", meint die Biologin Ulrike Ruprecht. Leben gedeiht dort allerdings kaum. In diesen Kältewüsten steigt im Sommer die Temperatur kaum über den Gefrierpunkt, während des Winters fällt sie auf etwa minus 50 Grad Celsius ab. Dazu kommt monatelange totale Finsternis. Antarktische Verhältnisse eben.

Ihre Trockenheit verdanken die besagten Täler indes nicht nur mangelnden Niederschlägen. Vom angrenzenden, bis zu 4000 Meter hohen Transantarktischen Gebirge stürzen sogenannte katabatische Fallwinde herab. Sie bestehen aus extrem trockener Luft. Wenn einmal ein wenig Schnee fällt, bleibt dieser höchstens eine halbe Stunde liegen, berichtet Ruprecht. "Er sublimiert sofort."

Die Wissenschafterin von der Universität Salzburg hat die McMurdo Dry Valleys besucht und dort nach einer besonders zähen Lebensform gesucht: Flechten. Und sie wurde fündig. "Antarktische Flechten sind sehr gewieft", sagt Ruprecht. Sie bewohnen oft Felsritzen, in denen sich Feuchtigkeit ein wenig länger halten kann. Sie sind dort auch vor zu starker Sonneneinstrahlung und extremen Stürmen geschützt. Mehr brauchen die Überlebenskünstler offenbar nicht.

Flechten sind gleichwohl keine Organismen im eigentlichen Sinne, sondern Symbiosen – Lebensgemeinschaften aus einem Pilz und einzelligen Algen oder Cyanobakterien. Ersterer bietet den kleineren Partnern eine schützende Hülle als Wohnstätte und versorgt sie mit den nötigen Spurenelementen. Algen und Cyanobakterien wiederum verfügen über Chlorophyll. Somit können sie Photosynthese betreiben und Zucker produzieren. Der Pilz bekommt einen Teil davon ab. Fachleute bezeichnen die einzelligen Helferlein auch als Photobionten.

Die wahrscheinlich größte Stärke von Flechten liegt in ihrer Fähigkeit, vollkommen auszutrocknen, ohne dabei zu sterben. Sie haben einen speziellen Bauplan, erklärt Ruprecht. Die Pilze besitzen eine kräftige Zellhülle mit eingelagertem Chitin, wodurch sie auch im trockenen Zustand ihre Struktur behalten. "Wenn sie feucht werden, quellen sie auf." Und erwachen zu neuem Leben. Auch den Photobionten kann Austrocknung nichts anhaben. Anders als bei höheren Pflanzen enthalten ihre Zellen keine Vakuolen, die bei dauerhaftem Wassermangel zerstört werden.

Dank der genannten Besonderheiten schaffen es Flechten, auch an extremen Standorten wie den McMurdo Dry Valleys zu gedeihen. Ihr Wachstum ist dort allerdings extrem langsam. "Die sind im Jahr vielleicht nur einige Tage aktiv", sagt Ruprecht. Den Rest der Zeit verbringen die krustigen Gebilde im Trockenschlaf. Kein Wunder also, dass sie vermutlich mehrere Hundert Jahre alt werden. Genauer ließ sich dies noch nicht ermitteln.

Ruprechts Interesse gilt vor allem den Photobionten. Sie wurden von der Forschung bislang viel zu wenig beachtet. Flechtenarten tragen immer den Namen des jeweiligen Pilzes. In den meisten Fällen sind von den Algen oder Cyanobakterien nur die Gattungen bekannt, nicht die einzelne Spezies. Über den Photobionten der Lecideoiden, einer dominanten Flechtengruppe auf dem antarktischen Kontinent, weiß die Wissenschaft noch viel weniger. Diese Lücke will Ulrike Ruprecht jedoch schließen.

Flechten für alle Verhältnisse

Zusammen mit zwei Kollegen hat die Wissenschafterin zunächst die Artenvielfalt der Grünalgen in 119 lecideoiden Flechten aus elf verschiedenen antarktischen Standorten untersucht. Die Herkunftsgebiete lassen sich aufgrund der dort vorherrschenden Klimaverhältnisse in feucht-milde sowie trocken-kalte Regionen und Übergangszonen unterteilen. Jeder dieser Bereiche sollte speziell angepasste Flechten mit charakteristischen Photobionten beherbergen, dachten die Forscher – eine Vermutung, die offenbar nur zum Teil stimmt.

Die genetischen Analysen zeigen: Insgesamt kommen in den antarktischen Lecideoiden fünf verschiedene Gruppen von Grünalgen der Gattung Trebouxia vor. Drei davon sind nicht mit bekannten Spezies vergleichbar. Bei ihnen handelt es sich anscheinend um neu entdeckte Arten (vgl.: The Lichenologist, Bd. 44, S. 661). Eine dieser Unbekannten, mit dem vorläufigen Namen Trebouxia sp. URa1, wurde ausschließlich in Flechten aus extrem kalten und trockenen Regionen gefunden. Vermutlich ist sie optimal an die lebensfeindlichen Habitate angepasst. Die Alge kommt vor allem zusammen mit dem Pilz Lecidea cancriformis vor.

Flexible Partnerwahl

Aber sie ist keinesfalls die Einzige. Auch andere Photobionten-Spezies treten in den an solchen Orten lebenden Flechten auf, und die jeweiligen Pilze sind offenbar flexibel. Sowohl in der Partnerwahl wie auch in Bezug auf die Standortbedingungen. Lecidea cancriformis zum Beispiel wächst auch an den relativ feuchten antarktischen Küsten und ist durch ihre Fähigkeit, mit allen verfügbaren Photobionten zu leben, eine der häufigsten Arten.

Der Mangel an klaren Verbreitungs- und Kombinationsmustern entspricht nicht den gängigen ökologischen Grundsätzen. Extreme bringen normalerweise hochgradige Spezialisten hervor, doch auf die antarktischen Flechten scheint diese Regel nicht ganz zuzutreffen. An den übelsten Plätzen ist die Vielfalt nicht viel kleiner als in milderen Gegenden. "Wir können uns das noch nicht genau erklären", sagt Ruprecht.

Die offenen Fragen versucht die Salzburger Biologin nun im Rahmen einer vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Studie zu klären. Sie und ihr Team versuchen, mithilfe einer größeren Datenmenge die noch unbekannten Standortpräferenzen antarktischer Flechten zu enträtseln. Es gehe darum, was wo genau wächst und warum. Diesmal werde man an die 600 Proben für genetische Analysen zur Verfügung haben. Eine Doktorandin erstellt gerade ein Klimazonenmodell für die gesamte Antarktis. Anhand dieser Übersicht sollen sich die ökologischen Nischen der Flechten genauer definieren lassen. Womöglich werden die Überlebenskünstler ihre Geheimnisse nicht mehr lange hüten können. (Kurt de Swaaf, 20.9.2015)

  • In der eisfreien Zone der Antarktis im Garwood Valley findet das Forschungsteam Flechten, Symbiosen aus einem Pilz und einzelligen Algen oder Cyanobakterien.
    foto: ulrike ruprecht

    In der eisfreien Zone der Antarktis im Garwood Valley findet das Forschungsteam Flechten, Symbiosen aus einem Pilz und einzelligen Algen oder Cyanobakterien.

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