Der folgende Text ist eine Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Chemie.
Eine neue Studie zeigt, wie sich der tropische Wald in Brasilien unter extremem Trockenstress chemisch anpasst – und dass diese Reaktion noch lange nach Ende der Dürre anhält
- During the 2023–2024 El Niño – the most severe drought ever recorded in the Amazon basin – tree emissions of sesquiterpenes surged by 122 percent, while isoprene and monoterpenes barely changed.
- The study also detected unexpected emissions of sesquiterpene alcohols in the wet season after the drought, suggesting the forest’s stress-defense metabolism stays active long after the immediate stress has passed.
The Amazon rainforest responded to the most severe drought ever recorded in the basin with an unexpected defense mechanism. Researchers at the Max Planck Institute for Chemistry in Mainz, Germany, found that during and after the intense 2023-2024 El Niño cycle, the most intense drought ever recorded in the region, vegetation significantly changed its chemical emissions to cope with environmental stress. The study was published in Nature Communications Earth & Environment.
Sesquiterpene wirken als Stresssignale und Schutzstoffe
Das Forschungsteam maß die Freisetzung biogener flüchtiger organischer Verbindungen, sogenannter BVOCs: kohlenstoffbasierter Moleküle, die Pflanzen kontinuierlich an die Luft abgeben. Während die Isopren- und Monoterpenwerte auf die El-Niño-Bedingungen wie Dürre und Hitze kaum reagierten, stiegen die Emissionen von Sesquiterpenen um 122 Prozent an. Sesquiterpene sind reaktive Moleküle in der Luft, die Bäume als Stresssignale und Schutzstoffe produzieren. Ein bekannter Vertreter ist Caryophyllen, eine pfeffrig riechende Verbindung, die in Gewürznelken und schwarzem Pfeffer vorkommt.
Noch überraschender war eine weitere Entdeckung: In der Regenzeit nach der Dürre registrierte das Team unerwartete Emissionen von weniger flüchtigen Sesquiterpenalkoholen, darunter Beta-, Alpha- und Gamma-Eudesmol. Dies deutet darauf hin, dass der Wald mit diesen Emissionen auf oxidativen Stress reagiert – also auf biochemische Schäden, die Hitze und Wassermangel in den Pflanzenzellen auslösen. Bemerkenswert dabei: Die veränderten Emissionen hielten noch lange an, nachdem die Dürre längst abgeklungen war. „Bei schwerer Dürre verändert sich, was der Wald in die Luft abgibt: Die freigesetzten Verbindungen werden reaktiver und bleiben länger in der Luft“, sagt Joseph Byron, Erstautor der Studie am Max-Planck-Institut für Chemie. „Das spiegelt einen grundlegenden Wandel im Stoffwechsel des Waldes wider. Der Regenwald versucht, Folgen des extremen Trockenstresses abzumildern.“
„Zwischen zwei El-Niño-Ereignissen, die alle zwei bis sieben Jahre auftreten, hat der Regenwald Zeit, zu seinem normalen Emissionsprofil zurückzukehren“, erläutert Projektleiter Jonathan Williams. „Doch Klimamodelle legen nahe, dass diese Extremereignisse in diesem Jahrhundert häufiger und heftiger werden. Dann könnten die veränderten Emissionen zum Dauerzustand werden – mit spürbaren Folgen für die Atmosphäre über dem Regenwald.“
© Dom Jack / MPI-C
Luftproben direkt über dem Kronendach
Die Luftproben stammen vom Amazon Tall Tower Observatory (ATTO), einer Forschungsstation 150 Kilometer nordöstlich von Manaus. Auf einem 80 Meter hohen Turm sammelte das Team in 23 Metern Höhe direkt über dem Kronendach alle eineinhalb bis drei Stunden Proben der Waldluft in Kartuschen. Zurück im Labor in Mainz analysierten die Forschenden die enthaltenen Verbindungen anschließend mittels Gaschromatographie und Massenspektrometrie –zweier Standardverfahren zur chemischen Analyse flüchtiger Stoffe.
Die Studie knüpft an frühere Arbeiten desselben Teams an. Bereits zuvor hatten die Forschenden spezifische Spiegelmoleküle, sogenannte Enantiomere, als chemische Stressindikatoren im Amazonas-Regenwald identifiziert. Die aktuelle Untersuchung baut darauf auf und zeigt, welche reaktiven flüchtigen Verbindungen der Wald bei extremen Klimaereignissen gezielt als Teil seiner Abwehrreaktion produziert.
Auswirkungen auf den Klimawandel und die Widerstandsfähigkeit des Regenwaldes
Diese chemischen Reaktionen zu verstehen, gewinnt angesichts des Klimawandels an Dringlichkeit: Prognosen zufolge werden El-Niño-Ereignisse künftig intensiver und länger andauern. Die Verlagerung hin zu reaktiveren Verbindungen könnte die Atmosphärenchemie über dem Regenwald nachhaltig verändern und damit auch die Widerstandsfähigkeit des gesamten Ökosystems beeinflussen.
Byron et al. veröffentlichten die Studie “Intense El Niño provokes production of new reactive volatiles as stress defences in Amazon rainforest” Open Access in der Fachzeitschrift Nature Communications Earth and Environment.
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