Amazonas-Regenwald reagiert auf El-Niño-Dürre mit neuen chemischen Schutzstoffen

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

• Im Verlauf des El-Niño-Ereignisses 2023–2024 stiegen die Sesquiterpen-Emissionen um 122 Prozent, während sich die Isopren- und Monoterpen-Werte kaum veränderten.
• In der Regenzeit nach der Dürre setzten die Bäume unerwartet spezielle weniger flüchtige Alkohole frei. Das spricht dafür, dass der Wald seinen chemischen Schutzmechanismus weit über das akute Stressereignis hinaus aufrechterhält.

Der Amazonas-Regenwald kommuniziert mit seiner Umgebung über Chemie. Bäume geben kontinuierlich flüchtige organische Verbindungen ab, also Moleküle, die je nach Temperatur, Licht und Stress in unterschiedlicher Zusammensetzung und Menge freigesetzt werden. Während des El-Niño-Ereignisses 2023–2024, der schwersten Dürre, die je im Amazonasbecken verzeichnet wurde, veränderte der Wald diese chemische Kommunikation auf unerwartete Weise, um mit dem Umweltstress fertig zu werden. Das zeigt eine neue Studie unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz, die in Nature Communications Earth & Environment erschienen ist.

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."

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 (siehe Pressemitteilung: Spiegelmoleküle als Indikatoren für Trockenstress im Regenwald). 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.

Hintergrund ATTO

ATTO ist ein deutsch-brasilianisches Gemeinschaftsprojekt, das 2009 ins Leben gerufen wurde. Geleitet wird es vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz sowie auf brasilianischer Seite vom INPA und der Amazonas-Staatsuniversität (UEA) in Manaus. Die Finanzierung erfolgt durch Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), das brasilianische Ministerium für Wissenschaft und Technologie (MCTI), die Max-Planck-Gesellschaft sowie brasilianische Förderorganisationen wie die FAPEAM; einzelne Forschende bringen Mittel von anderen wissenschaftlichen Förderorganisationen ein.

Mehr zu ATTO: https://www.mpic.de/3489852/ATTO