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Tote Bäume haben zahlreiche und treue Begleiter

10.01.2018

Holzbewohnende Pilze werden bislang wenig erforscht. Dabei sind sie für die Ökologie in Wäldern sehr wichtig, weil sie Totholz zersetzen und somit den kompletten Stoffkreislauf zwischen Pflanzen und Boden ermöglichen. Bodenbiologen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun herausgefunden, dass die Artenzahl von Pilzen im Totholz um das Zwölffache höher ist als bislang angenommen. Zudem werden Bäume nach ihrem Absterben artspezifisch von unterschiedlichen Pilzgemeinschaften besiedelt, schreiben sie im Fachmagazin ISME-Journal (Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology).

Holzbewohnende Pilze übernehmen im Ökosystem Wald eine wichtige Funktion: Sie zersetzen das Totholz. Dies ist keine einfache Aufgabe, weil Holz sehr widerstandsfähig ist. Es wird vom Biopolymer Lignin zusammengehalten, das gemeinsam mit Cellulose und Hemicellulosen die Zellwand verholzter Pflanzen bildet und dem Holz damit seine Stabilität gibt.


UFZ-Forscher haben in drei unterschiedlichen Waldregionen Holzstämme verschiedener Baumarten ausgelegt. Sie wollen so nachweisen, welche holzbewohnenden Pilzarten die Baumstämme besiedeln.

Witoon Purahong

Den Pilzen gelingt es jedoch, das robuste Lignin und die flexiblen Zellulosefasern abzubauen, indem sie Enzyme freisetzen, die die Polymere zersetzen und mineralisieren. Die Reststoffe werden im ökosystemaren Kreislauf zur Humusschicht, die als Garant für die Stabilität des Bodens gilt und das Substrat für eine neue Generation von Bäumen bildet.

Für ihre Studie legten die UFZ-Forscher an Standorten von drei gemäßigten Waldregionen im Biosphärenreservat Schorfheide-Chorin, dem Nationalpark Hainich und im Biosphärengebiet Schwäbische Alb insgesamt rund 300, bis zu vier Meter lange Totholzstämme von je elf Baumarten aus: Sieben Laubbaumarten wie beispielsweise Buche, Eiche, Pappel und Esche sowie die vier Nadelbaumarten Fichte, Waldkiefer, Douglasie und Lärche.

Nach drei Jahren untersuchten sie, welche Pilzgemeinschaften sich an den Stämmen angesiedelt hatten. Das Ergebnis war erstaunlich: „Die Vielfalt der holzbewohnenden Pilze ist um ein Vielfaches höher als bislang angenommen“, sagt Dr. Witoon Purahong, Bodenökologe am UFZ in Halle und Erstautor der Studie.

Die Forscher identifizierten pro ausgelegtem Stamm zwischen 22 und 42 sogenannter Operational Taxonomic Units (OTU). OTU ist ein wissenschaftlicher Fachbegriff, den Molekularbiologen anwenden für Organismen, die aufgrund ihrer DNA einer eigenständigen Art gleichgesetzt werden können, jedoch noch keinen Artnamen haben. Insgesamt bestimmten die UFZ-Forscher 1254 OTUs in den ausgelegten Holzstämmen.

In einer Vorgängerstudie zählten Wissenschaftler auf den gleichen Flächen nur 97 Arten – und damit rund zwölfmal weniger Arten als jetzt die UFZ-Forscher. Generell wies totes Nadelholz eine höhere Artenvielfalt an Pilzen auf als die meisten Laubbäume. Am höchsten war die Diversität bei Douglasie und Lärche sowie bei der Eiche; die geringste Pilzvielfalt hatten Buche und Hainbuche.

Der Grund, warum die UFZ-Bodenökologen so viele Pilzarten nachweisen konnten, liegt in der modernen molekularen Methodik, auf die sie setzten. Die Forscher nutzten die DNA-Sequenzierungstechnologie „Next Generation Sequencing“, um die DNA der im Totholz verborgenen Pilze zu bestimmen. Bislang wurden bei vergleichbaren Studien nur die an der Totholzoberfläche wachsenden Pilzfruchtkörper dokumentiert. Der daraus folgende Eindruck der vermeintlichen Artenarmut holzbewohnender Pilze trügt jedoch. „Es ist wie bei einem Eisberg: Den größten Teil der Pilze sieht man nicht, denn er befindet sich innerhalb der Stämme als feines Myzel“, sagt Prof. François Buscot, der am UFZ das Department Bodenökologie leitet. Die sichtbaren Fruchtkörper machen demnach nur den kleinsten Anteil des Pilzbestandes im Totholz aus.

Doch nicht nur die Pilzvielfalt ist deutlich höher als bislang angenommen. Die UFZ-Bodenbiologen stellten auch fest, dass holzbewohnende Pilze bestimmte Baumarten bevorzugen und eben nicht, so wie bislang angenommen, generell entweder Nadel- oder Laubbaum besiedeln. Insgesamt sieben solcher Pilzgemeinschaften stellten sie bei Laubbäumen fest, zwei bei Nadelbaumarten. So haben zum Beispiel Eichen und Eschen eine sehr spezifische Artengemeinschaft von Pilzen, die sich in ihrer Zusammensetzung deutlich von denen anderer Laubbäume unterscheidet.

Bei den Nadelbäumen hat das Totholz der Waldkiefer einen Pilzbestand, der sich deutlich von dem anderer Nadelbäume abgrenzt. Warum die Pilzgemeinschaften beim Totholz bei verschiedenen Baumarten derart unterschiedlich ausgeprägt sind, ist noch unklar. „Eiche und Esche haben viele identische Eigenschaften wie etwa die Holzstruktur oder das Kohlenstoff-Stickstoff-Massenverhältnis, aber sie unterscheiden sich in der Anzahl der OTUs deutlich“, sagt Witoon Purahong. Die Pilzgemeinschaften dieser beiden Baumarten seien so unterschiedlich wie sonst bei keiner anderen der elf untersuchten Baumarten.

Die Suche nach den Mechanismen, die dafür sorgen, dass Pilze bestimmte Baumarten besiedeln oder eben nicht, wird die Bodenökologen am UFZ-Standort in Halle weiter beschäftigen. „Die Millionen Jahre lange Koevolution zwischen Bäumen und holzbewohnenden Pilzen könnte ein Ansatz für das Zusammenleben liefern – so wie man dies beispielsweise von den symbiotischen Pilzen kennt“, vermutet Autor Purahong.

Faszinierend sei allerdings, dass die Spezialisierung von Totholzpilzen in manchen Fällen höher ist, als die, die wir bei symbiotischen Pilzen an lebenden Pflanzen kennen fügt Buscot hinzu. Aber auch das Miteinander zwischen den im Totholz lebenden Pilz-, Bakterien- und Wirbellosen-Gemeinschaften könnte Erklärungen für die spezifischen Besiedlungsstrategien liefern.

Mit den Ergebnissen der Studie weiß man nun mehr zur Biodiversität der im Totholz lebendenden Artengemeinschaften. Dies ist nicht nur wichtig, weil man so den Schutz holzbewohnender Pilzarten verbessern kann, die vom Ausbau von Monokulturen bedroht sein könnten.

Das Wissen ist auch wichtig, weil sich unter den holzbewohnenden Pilzen Arten befinden, die bislang als Bodenbewohner, Pflanzenpathogene oder Symbiose-Partner bekannt sind und anscheinend Totholz als Zwischenhabitat nutzen. „Totholz ist ein integraler Bestandteil der Waldökosysteme, der für die Funktion und den Erhalt der Biodiversität eine wichtige Rolle spielt“, sagt Buscot.

Publikation:
Witoon Purahong, Tesfaye Wubet, Dirk Krüger, Francois Buscot F. (2017): Molecular evidence strongly supports deadwood-inhabiting fungi exhibiting unexpected tree species preferences in temperate forests. ISME J. 2017 Oct 31, doi:10.1038/ismej.2017.177
https://www.nature.com/articles/ismej2017177

Weiterführende Informationen:
Dr. Witoon Purahong (spricht nur Englisch)
Department Bodenökologie
witoon.purahong@ufz.de

Prof. Dr. François Buscot
Leiter UFZ-Department Bodenökologie
Telefon: +49 345 558 5221
francois.buscot@ufz.de

Weitere Informationen:

http://www.ufz.de/index.php?de=36336&webc_pm=1/2018

Susanne Hufe | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ
Weitere Informationen:
http://www.ufz.de/

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