Für die Wälder von morgen

Juliette Irmer

Von Juliette Irmer

Sa, 21. August 2021

Bildung & Wissen

Ein Gentest erkennt Buchen, die auch in einem wärmeren und trockeneren Klima überleben /.

Die Dürre der vergangenen Jahre hat auch vielen Buchen, die häufigsten Laubbäume Deutschlands, zugesetzt. Allerdings scheint nicht jeder Baum zu leiden: "Völlig gesunde Buchen stehen manchmal direkt neben stark geschädigten", sagt der Biologe Markus Pfenninger – eine Beobachtung, die er erstmals im Dürresommer 2018 machte. Inzwischen hat er das Phänomen in einer Studie untersucht, deren Ergebnisse kürzlich im Fachmagazin eLife veröffentlicht wurden und die im Hinblick auf den Klimawandel praktischen Nutzen für die Forstwirtschaft haben könnte.

Markus Pfenninger und seine Kollegen vom LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik in Frankfurt wählten an rund 200 in Hessen verstreuten Standorten je zwei Bäume aus: eine gesund aussehende Buche und eine Buche mit Trockenheitsschäden wie aufgerollten Blättern. Die Bäume standen in einem Radius von fünf Metern beieinander, so dass sich die Wurzelsysteme überlappten und unterschiedliche Bedingungen hinsichtlich Bodenqualität und Wasserverfügbarkeit weitgehend ausgeschlossen werden konnten.

Aus den gesammelten Blattproben gewannen die Forscher die DNA der Buchen, entschlüsselten das Erbgut und verglichen dann Stück für Stück die Genome der gesunden Buchen mit jenen der kränkelnden. Wissenschaftler bezeichnen diese Vorgehensweise als "Genomweite Assoziationsstudien". Bislang werden solche Untersuchungen vor allem in der Medizin durchgeführt, um den genetischen Grundlagen von Herzinfarkt oder Diabetes auf die Spur zu kommen: Tauchen einzelne DNA-Variationen etwa auffällig oft bei Diabetikern auf, verknüpfen Forscher diese mit der Krankheit Diabetes.

Pfenninger und sein Team identifizierten so rund 80 Regionen im Erbgut, die mit der Trockenheitsresistenz in Verbindung stehen. Die Forscher entwickelten außerdem einen Test, mit dem sich anhand dieser DNA-Abschnitte in Keimlingen vorhersagen lässt, wie gut ein Baum längere Trockenperioden überstehen könnte. Den Test validierten sie an weiteren 92 Bäumen, wovon nur einer falsch zugeordnet wurde.

"Die Studie wurde sehr sorgfältig durchgeführt", sagt Berthold Heinze von der Abteilung Genomforschung des Bundesforschungszentrums für Wald in Wien, der an trockenresistenten Tannen forscht. Heinze hält den Einsatz solcher Gentests für ein hilfreiches Werkzeug, um Wälder so zu bewirtschaften, dass sie fitter für die trockenere und wärmere Zukunft sind: "Das ist unser aller Ziel, solche Gentests zur Verfügung zu haben." Damit ließen sich bei Aufforstungen gezielt die Samen verwenden, die trockenheitsresistent sind, oder im Wald die Bäume schlagen, die es nicht sind. Auf diese Weise würde der Anteil der trockenheitsresistenten Buchen mit der Zeit erhöht.

Die Buche – biologisch korrekt als Rotbuche (Fagus sylvatica) bezeichnet – prägt weite Teile der Wälder Mitteleuropas. Die Bäume sind ein wichtiger Lebensraum für zahlreiche Pilze, Insekten und Vögel und ihre Früchte, die Bucheckern, wurden in Notzeiten auch von Menschen verzehrt. Buchen können bis zu 50 Meter hoch wachsen und bis zu 400 Jahre alt werden und sie werden als Brenn- und Industrieholz geschätzt und intensiv genutzt. Das blieb nicht ohne Folgen: Natürliche, also nutzungsfreie Rotbuchen-Urwälder sind in Europa so selten geworden, dass sie vor zehn Jahren von der Unesco als Weltnaturerbe eingestuft wurden.

Denkbar ist, dass man der Natur freien Lauf lässt, denn dürreresistente Buchen werden sich besser fortpflanzen als jene, die in Trockenperioden zu kämpfen haben. "Allerdings besteht die Gefahr, dass die Anpassung an den Klimawandel nicht schnell genug verläuft", so Pfenninger. Ein entsprechender Erbguttest, der sich auch für jede andere Baumart entwickeln lässt, könnte den notwendigen Wandel beschleunigen. Heinze gibt allerdings zu bedenken, dass Buchenwälder normalerweise 100 Jahre stehen. "Wir können nicht innerhalb von wenigen Jahren alle Buchenwälder ersetzen."

Auch ist unklar, ob sich der Test aus Frankfurt auf Buchen aus anderen Regionen anwenden lässt. "Unsere Ergebnisse mit anderen Pflanzenarten zeigen, dass genetische Anpassungen an das Klima sehr lokal sein können und die Studie wurde ja in einem geographisch sehr engen Raum durchgeführt", erklärt Christian Rellstab von der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL, ebenfalls ein Experte in Sachen Baumgenetik. Die genetische Anpassung von Bäumen an das Klima sei sehr komplex und höchstwahrscheinlich seien hunderte von Genen beteiligt, weswegen die 80 analysierten Erbgutabschnitte wohl kein vollständiges Bild darstellten.

Der Waldökologe Harald Hugmann von der ETH Zürich fragt sich überdies, was passiert, wenn man auf Trockenheitstoleranz genetisch testet und dann nur die trockenresistenten Individuen pflanzt: "Führt das langfristig womöglich zu einer Verarmung des Genpools, was seinerseits wiederum negative Konsequenzen hätte?"

Markus Pfenninger hält das für unwahrscheinlich. Die Buche verfügt natürlicherweise über eine sehr hohe genetische Vielfalt und ist ein außergewöhnlich anpassungsfähiger Baum: So wächst der am tiefsten gelegene Buchenwald in Deutschland im Rügener Nationalpark Jasmund, wo er bis zum Strand hinabreicht, während der am höchsten gelegene Buchenwald in Italien im Nationalpark Monte Pollino auf rund 1900 Meter über dem Meeresspiegel steht. In einer Folgestudie möchte Pfenninger dennoch untersuchen, ob die Auslese auf Trockenheitsresistenz mit Nachteilen verbunden sein könnte.