Neue Stu­die der Uni­ver­si­tät Bay­reuth zur glo­ba­len Ver­brei­tung von Flechten

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Kli­ma und Evolution

Flech­ten besie­deln alle Regio­nen der Erde, von den Polen bis zum Äqua­tor. Es han­delt sich um Lebens­ge­mein­schaf­ten von Pil­zen und Algen zum bei­der­sei­ti­gen Vor­teil. Dabei spie­len die von den Pilz­part­nern erzeug­ten Flech­ten­stof­fe eine zen­tra­le Rol­le. Ein inter­dis­zi­pli­nä­res For­schungs­team der Uni­ver­si­tät Bay­reuth, der Uni­ver­si­tät Hohen­heim und der Staat­li­chen Natur­wis­sen­schaft­li­chen Samm­lun­gen Bay­erns hat jetzt her­aus­ge­fun­den, wie unter­schied­li­che Kli­ma­ver­hält­nis­se die Eigen­schaf­ten von Flech­ten­stof­fen und dadurch die Evo­lu­ti­on sowie die glo­ba­le Ver­brei­tung von Flech­ten beein­flus­sen. In den „Eco­lo­gy Let­ters“ stel­len sie ihre For­schungs­er­geb­nis­se vor.

In Flechten schützt der Pilzpartner den Algenpartner anhand von Flechtenstoffen, zum Beispiel der Rhizocarpsäure (Strukturformel) unter anderem vor schädlicher UV-Strahlung. Links: Eine Flechte der Gattung Acarospora, rechts: Flechtenalgen aus der Klasse der Trebouxiophyceae. Bild: Abt. Mykologie, Universität Bayreuth.

In Flech­ten schützt der Pilz­part­ner den Algen­part­ner anhand von Flech­ten­stof­fen, zum Bei­spiel der Rhi­zo­carpsäu­re (Struk­tur­for­mel) unter ande­rem vor schäd­li­cher UV-Strah­lung. Links: Eine Flech­te der Gat­tung Aca­ro­spo­ra, rechts: Flech­ten­al­gen aus der Klas­se der Tre­bou­xi­o­phy­ceae. Bild: Abt. Myko­lo­gie, Uni­ver­si­tät Bayreuth.

Die in den Flech­ten mit­ein­an­der ver­bun­de­nen Pil­ze und Algen ste­hen in engen Aus­tausch­be­zie­hun­gen. Die Pilz­part­ner (Myko­bio­n­ten) bil­den mit ihren Hyphen mei­stens den Haupt­an­teil des Flech­ten­kör­pers. Auf die­se Wei­se schüt­zen sie die Algen (Pho­to­bio­n­ten) vor den UV-Strah­len des Son­nen­lichts und ande­ren schäd­li­chen Umwelt­ein­flüs­sen. Im Gegen­zug ver­schaf­fen sich die Pil­ze lebens­not­wen­di­ge Koh­len­stoff­ver­bin­dun­gen, wel­che die Algen durch Pho­to­syn­the­se pro­du­zie­ren. Wie die Forscher*innen fest­ge­stellt haben, betrei­ben eini­ge Flech­ten­pil­ze für die­se Selbst­ver­sor­gung mit Koh­len­stoff einen hohen Auf­wand: Sie schüt­zen die gegen UV-Strah­lung beson­ders emp­find­li­chen Grün­al­gen, indem sie soge­nann­te „Flech­ten­stof­fe“ pro­du­zie­ren, wel­che die UV-Strah­lung absor­bie­ren. Zugleich erleich­tern die­se Flech­ten­stof­fe – sie wer­den in der For­schung als Sekun­där­me­tabo­li­ten bezeich­net – den Koh­len­stoff-Trans­fer von den Algen zu den Pilzen.

Die in ver­schie­de­nen Regio­nen der Erde von den Pilz­part­nern pro­du­zier­ten Flech­ten­stof­fe unter­schei­den sich dabei deut­lich hin­sicht­lich ihrer che­mi­schen Eigen­schaf­ten. Die Fähig­keit zur Absorp­ti­on von UV-Strah­lung ist unter­schied­lich stark aus­ge­prägt, und eben­so auch ihre Was­ser­lös­lich­keit. Je lös­li­cher die Flech­ten­stof­fe sind, desto grö­ßer ist in Regio­nen mit hohem Nie­der­schlag und hohen Tem­pe­ra­tu­ren die Gefahr, dass die Flech­ten­stof­fe aus­ge­wa­schen wer­den. Die Forscher*innen aus Bay­reuth, Hohen­heim und Mün­chen haben die­se welt­weit unter­schied­li­chen che­mi­schen Eigen­schaf­ten der Flech­ten­stof­fe in auf­wän­di­gen Berech­nun­gen iden­ti­fi­ziert. Par­al­lel dazu haben sie bereits vor­han­de­ne gro­ße Daten­be­stän­de zum glo­ba­len Vor­kom­men sowie zu den öko­lo­gisch rele­van­ten Merk­ma­len von mehr als 10.000 Flech­ten­ar­ten ana­ly­siert. Bei der gemein­sa­men Ana­ly­se die­ser Daten fan­den sie her­aus: Die UV-Absorp­ti­ons­fä­hig­keit und die Was­ser­lös­lich­keit der Flech­ten­stof­fe haben einen klar erkenn­ba­ren Ein­fluss auf die Evo­lu­ti­on und die glo­ba­le Ver­brei­tung von Flech­ten. So sind Flech­ten­stof­fe in tro­pi­schen Regio­nen mit star­ken Nie­der­schlä­gen und hohen Tem­pe­ra­tu­ren weni­ger gut was­ser­lös­lich als in küh­le­ren und trocke­nen Regio­nen, wo die Gefahr der Aus­wa­schung erheb­lich gerin­ger ist.

Die in „Eco­lo­gy Let­ters“ ver­öf­fent­lich­ten For­schungs­er­geb­nis­se sind aus einer engen inter­dis­zi­pli­nä­ren Zusam­men­ar­beit der drei Part­ner­ein­rich­tun­gen in Bay­reuth, Hohen­heim und Mün­chen her­vor­ge­gan­gen. Expert*innen aus der Pflan­zen­öko­lo­gie, Mykologie/​Lichenologie, Natur­stoff­che­mie, Phy­lo­ge­ne­tik, Bio­in­for­ma­tik, Öko­in­for­ma­tik und den Daten­wis­sen­schaf­ten haben an der Stu­die mit­ge­wirkt. Die Ergeb­nis­se der gemein­sa­men Unter­su­chun­gen sind nicht allein für die Erfor­schung glo­ba­ler Bio­di­ver­si­tät und kli­ma­be­ding­ter Ein­flüs­se auf die Evo­lu­ti­on von gro­ßem Inter­es­se. Flech­ten­stof­fe haben, wie sich im Zuge von che­mi­schen Ana­ly­sen bestä­tigt hat, anti­bio­ti­sche Wir­kun­gen und spie­len zudem eine gro­ße Rol­le bei der Gesteins­ver­wit­te­rung. Daher ist die neue Stu­die auch aus der Sicht der Natur­stoff-For­schung und der Bio­geo­che­mie von gro­ßem Interesse.

Ver­öf­fent­li­chung:

Andre­as H. Schwei­ger, G. Mat­thi­as Ull­mann, Nico­lai M. Nürk, Dag­mar Trie­bel, Rai­ner Schobert, Ger­hard Ram­bold: Che­mi­cal pro­per­ties of key meta­bo­li­tes deter­mi­ne the glo­bal dis­tri­bu­ti­on of lichens. Eco­lo­gy Let­ters (2021), DOI: https://​dx​.doi​.org/​1​0​.​1​1​1​1​/​e​l​e​.​1​3​930

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