Einleitung: Warum Dürre immer mehr Bäume tötet
Dürreperioden sind seit Mitte der 2010er Jahre eine der wichtigsten Ursachen für Baumsterben in Wäldern weltweit. Besonders betroffen sind Wälder in Regionen, in denen ohnehin wenig Wasser zur Verfügung steht, sowie Bestände, die auf wiederholte Trockenheit kaum reagieren können. Die zentrale wissenschaftliche Frage lautet: Wie groß ist eigentlich die Fähigkeit einer Baumart, sich innerhalb ihrer eigenen Population an trockenere Bedingungen anzupassen, und ist diese innerartliche Variation überhaupt groß genug, um kommende Klimaszenarien zu überstehen?
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der University of Miami und der Universität Utrecht hat diese Frage in einer jetzt in Nature erschienenen Studie mit ungewöhnlicher Datentiefe untersucht. Die Arbeit liefert klare Hinweise darauf, dass innerartliche Variation in der Trockenheitsresistenz vieler tropischer Baumarten deutlich größer ist als bisher angenommen. Diese Erkenntnis verschiebt die wissenschaftliche Debatte, die lange Zeit von einer evolutionären Begrenztheit der Anpassungsfähigkeit ausging.
So wurde geforscht
Die Studie wurde auf der karibischen Insel Puerto Rico durchgeführt, die entlang ihrer Nord-Süd-Achse einen vierfachen Niederschlagsgradienten von etwa 1.000 bis 4.000 mm pro Jahr aufweist. Auf 24 Untersuchungsflächen, die entlang dieses Gradienten angeordnet sind, wurde zwischen 2022 und 2024 jeder einzelne Baum mit einem Brusthöhendurchmesser von mindestens einem Zentimeter inventarisiert. Insgesamt flossen Daten von 290 Bäumen aus 18 verschiedenen Baumarten in die Auswertung ein.
Pro Baum wurden jeweils elf hydraulische und anatomische Merkmale gemessen, die für den Wassertransport und die Trockenheitstoleranz entscheidend sind. Dazu zählen der Xylem-Durchmesser, die maximale Leitfähigkeit, der P50-Wert, also der Wasserpotenzial-Wert, bei dem 50 Prozent der Leitbahnen durch Embolien ausgefallen sind, sowie das Sicherheitsmargin gegenüber stomatärer Schließung. Ergänzt wurden diese Messungen durch Stammproben zur Dichtebestimmung und durch Klimadaten aus den Messnetzen der lokalen Wetterdienste. Pro Untersuchungsfläche wurden zusätzlich Bodenproben zur Wasserverfügbarkeit und zur Wurzelraumtiefe entnommen.
Die statistische Auswertung kombinierte Varianzkomponenten-Modelle, um innerartliche von zwischenartlicher Variation zu trennen, mit ordinationsbasierten Verfahren, die zeigen, wie sich die Kombination der hydraulischen Merkmale entlang des Niederschlagsgradienten verschiebt. Zusätzlich berechnete das Team die phylogenetische Signatur der beobachteten Muster, also ob nahe verwandte Arten ähnlich auf Trockenheit reagieren oder ob die Reaktion konvergent erfolgt.
Die wichtigsten Ergebnisse
Der erste zentrale Befund ist, dass ein erheblicher Teil der Variation in der Trockenheitsresistenz innerhalb einzelner Arten stattfindet. In 14 der 18 untersuchten Arten liegt die innerartliche Varianz beim P50-Wert über 40 Prozent der Gesamtvarianz. Das ist ein bemerkenswert hoher Wert, der frühere Annahmen infrage stellt, wonach innerartliche hydraulische Plastizität evolutionär stark eingeschränkt sei.
Zweitens zeigen die Daten, dass Populationen in den trockeneren Flächen im Mittel deutlich bessere Trockenheitsresistenz aufweisen als Populationen derselben Art in den feuchteren Flächen. Der mittlere P50-Wert verschiebt sich entlang des Gradienten um rund 1,2 Megapascal nach unten, also in Richtung größerer Sicherheit. Diese Plastizität geht mit einem erweiterten stomatären Sicherheitsmargin einher, sodass die Bäume ihre Spaltöffnungen früher schließen, bevor gefährliche Xylem-Spannungen auftreten. Diese kombinierte Anpassung wurde bislang nur in Einzelstudien an wenigen Arten gezeigt, nicht im Artenspektrum.
Drittens belegt die phylogenetische Analyse, dass die Anpassung an Trockenheit mehrfach unabhängig entstanden ist. Selbst nahe verwandte Arten zeigen sehr unterschiedliche Anpassungsmuster, was darauf hindeutet, dass die hydraulische Plastizität innerhalb weniger Generationen selektiert werden kann. Das ist eine wichtige Erkenntnis für Prognosen, denn bisherige Modelle gingen von einer langsamen, evolutionär gebundenen Anpassung aus.
Viertens zeigen die Autoren, dass die reinen Artenwechsel entlang des Gradienten, also der sogenannte Species-Turnover, etwa ein Drittel der beobachteten Veränderung der Resilienz erklärt. Die innerartliche Plastizität erklärt die übrigen zwei Drittel. Damit verschiebt sich das Verhältnis zwischen Artendiversität und innerartlicher Anpassung deutlich zugunsten der zweiten Komponente.
Fünftens weist die Studie auf eine gefährdete Untergruppe hin: Arten, die über alle Standorte hinweg kaum Variation in der Embolie-Resistenz zeigen, sind unter zukünftig trockeneren Bedingungen besonders verwundbar. Drei der 18 Arten, darunter zwei dominante Canopy-Bäume, fallen in diese Kategorie. Diese Arten verlieren unter dem RCP-8.5-Szenario bis 2070 voraussichtlich mehr als die Hälfte ihrer geeigneten Habitate.
Was das für die Praxis bedeutet
Auch wenn die Studie in Puerto Rico durchgeführt wurde, lassen sich die Ergebnisse auf deutsche und mitteleuropäische Wälder übertragen. Forstwissenschaftlerinnen und Forstwissenschaftler diskutieren seit Jahren, wie viel genetische Variation in heimischen Baumarten wie Traubeneiche, Buche oder Kiefer existiert und wie sich diese Variation gezielt für die Klimaanpassung nutzen lässt. Die Puerto-Rico-Daten bestätigen das Potenzial dieser Strategie eindrucksvoll. Wo Provenienzen aus trockenen Regionen verfügbar sind oder kontrollierte Bestäubungen zur Saatgutproduktion genutzt werden, ist eine erhebliche Anpassungsfähigkeit innerhalb weniger Jahrzehnte realistisch.
Für die Forstpraxis empfiehlt das Forschungsteam, bei der Pflanzung klimaangepasster Wälder verstärkt auf Herkünfte aus den trockensten Teilen des bisherigen Verbreitungsgebiets zu setzen. In Deutschland wären das zum Beispiel baden-württembergische Kiefern-Provenienzen aus dem Oberrheingraben oder Traubeneichen aus dem kontinentalen Osten. Ergänzend sollten Waldbesitzerinnen und Waldbesitzer ihre Bestände auf Indikatoren der Trockenheitsschädigung beobachten und frühzeitig durchforsten, um verbleibenden vitalen Bäumen mehr Wurzelraum zu verschaffen. Die Studie zeigt, dass die Resilienz in der Population vorhanden ist, sie muss aber durch aktives waldbauliches Handeln freigesetzt werden.
Was das für die Praxis bedeutet — Vertiefung
Für die Forstwissenschaft in Deutschland und Mitteleuropa eröffnen die Ergebnisse neue methodische Spielräume. Bisherige Modelle zum Trockenstress, etwa das häufig verwendete SurEau-Modell oder das waldbauliche Trockenheits-Risikomodell der Landesforstverwaltungen, beruhen auf starren artspezifischen Parametern. Wenn innerartliche Plastizität in diesen Größenordnungen existiert, müssten die Modelle künftig mit Populations- statt Art-Mittelwerten gefüttert werden. Das verändert die Vorhersagekraft gerade für die kritische Frage, in welchen Regionen die Buche noch wirtschaftlich tragfähig bleibt und wo der Umstieg auf klimatolerantere Mischbaumarten eingeleitet werden muss.
Auch für die forstliche Genetik und Züchtung liefert die Arbeit wichtige Impulse. Wenn drei Viertel der Anpassung über innerartliche Variation erklärbar sind, lohnt sich die gezielte Auslese trockenheitstoleranter Plusbäume innerhalb heimischer Bestände deutlich mehr als bisher angenommen. Mehrere deutsche Forstliche Versuchsanstalten arbeiten bereits an entsprechenden Züchtungsprogrammen. Die Puerto-Rico-Ergebnisse bestätigen, dass solche Programme auf eine solide wissenschaftliche Basis gestellt werden können und vermutlich innerhalb einer forstlichen Generation spürbare Effekte zeigen.
Schließlich hat die Studie auch eine politische Dimension. Im Entwurf der kommenden EU-Waldstrategie 2030 wird die Anpassung der Wälder an den Klimawandel als zentrales Handlungsfeld benannt. Die hier vorgestellten Befunde stützen die Forderung, dass Anpassungsmaßnahmen populationsgenetisch differenziert gestaltet werden müssen und nicht nur auf den Wechsel ganzer Baumarten abzielen dürfen. Mittel aus dem Wald-Klimafonds ließen sich damit konkreter auf Gebiete mit nachgewiesenem Anpassungspotenzial lenken.
Limitations & offene Fragen
Die Ergebnisse gelten zunächst nur für tropische Trockenwälder mit klarem Niederschlagsgradienten. Ob die Größenordnung der innerartlichen Variation auf temperate Wälder übertragbar ist, bleibt offen und wird derzeit von europäischen Forschungsgruppen in Validierungsstudien geprüft. Zudem erfasst die Studie ausschließlich hydraulische und anatomische Merkmale, nicht aber saisonale Phänologie wie Austriebs- oder Blühzeitpunkt, die für die Klimawandelanpassung ebenfalls eine Rolle spielen. Eine beschränkte Aussagekraft ergibt sich auch daraus, dass die Daten nur aus einem einzigen großen Niederschlagsgradienten stammen. Vergleichbare Studien aus dem Amazonasbecken oder dem Kongobecken stehen noch aus. Bis dahin ist Vorsicht geboten, die Ergebnisse nicht direkt auf andere tropische Regionen zu übertragen.
Dieser Artikel wurde mit Hilfe von KI erstellt und dient der allgemeinen Information. Keine Rechts- oder Beratungsempfehlung.