Niche constraints drive differences between mycorrhizal fungal guilds in future range shifts

Unter unseren Füßen, im dunklen Boden von Wäldern, Feldern und Gärten, lebt ein riesiges und unsichtbares Netzwerk aus Pilzen. Dies sind nicht die Pilze, die wir nach einem Regen aus dem Boden popping sehen, sondern fadenförmige Organismen, die eine enge Partnerschaft mit Pflanzenwurzeln eingehen. Wissenschaftler nennen sie Mykorrhizapilze. Sie fungieren als eine Erweiterung des Wurzelsystems der Pflanze und strecken sich aus, um Wasser und Nährstoffe zu sammeln, auf die die Pflanze allein nicht zugreifen kann. Im Gegenzug ernährt die Pflanze die Pilze mit Zucker, der durch Sonnenlicht produziert wird. Dieser Austausch ist so grundlegend, dass er bei neunzig Prozent aller Pflanzenarten der Erde stattfindet, was diese Pilze zu essenziellen Ingenieuren des globalen Ökosystems macht. Sie helfen dabei zu regulieren, wie viel Kohlenstoff der Planet speichert und wie Nährstoffe durch den Boden kreisen. Doch trotz ihrer Bedeutung wissen wir sehr wenig darüber, wo diese Pilze leben, wie viel Territorium sie bedecken oder wie sie auf eine Erwärmung der Welt reagieren werden.

Eine neue Studie hat begonnen, diese massive Wissenslücke zu schließen, indem sie die Heimatorte hunderter dieser Pilzpartner kartiert. Forscher sammelten eine überwältigende Menge an Daten – über 115.000 Proben pilzlicher DNA, die aus Böden und Wurzeln auf der ganzen Welt gesammelt wurden. Mit diesen Daten erstellten sie einen detaillierten Atlas darüber, wo 651 häufig vorkommende Arten dieser Pilze derzeit existieren. Sie nutzten dann Computermodelle, um vorherzusagen, wie sich diese Lebensräume verändern werden, während sich das Klima im kommenden Jahrhundert verschiebt. Die Arbeit zeigt, dass nicht alle Pilze gleich aufgebaut sind. Einige sind Generalisten, die mit einer Vielzahl von Bedingungen zurechtkommen, während andere Spezialisten sind, die nur in sehr spezifischen Umgebungen gedeihen. Dieser Unterschied in der Flexibilität wird bestimmen, welche Pilze die kommenden Veränderungen überleben und welche Schwierigkeiten haben werden, einen Platz zum Leben zu finden.

Die Forscher konzentrierten sich auf zwei Hauptgruppen dieser Pilze. Die erste Gruppe, bekannt als arbuskuläre Mykorrhizapilze, ist eine uralte Abstammungslinie, die mit einer riesigen Auswahl an Pflanzen partnerhaft zusammenarbeitet, von Gräsern bis hin zu tropischen Bäumen. Die zweite Gruppe, genannt ektomykorrhizale Pilze, ist vielfältiger und neigt dazu, mit Bäumen wie Kiefern, Eichen und Birken assoziiert zu sein. Durch die Analyse der Umweltbedingungen, in denen jede Art gefunden wurde, entdeckte das Team, dass diese beiden Gruppen sehr unterschiedliche Welten besiedeln. Die arbuskulären Pilze sind die Wanderer des Bodens; sie sind in einem viel breiteren Spektrum von Temperaturen, Niederschlagsmustern und Bodentypen zu finden. Sie können in heißen, feuchten tropischen Wäldern ebenso leben wie in trockeneren, kühleren Regionen. Im Gegensatz dazu sind die ektomykorrhizalen Pilze wählerischer. Sie neigen dazu, sich in kälteren, trockeneren Biomen zu sammeln, wie etwa den borealen Wäldern des Nordens und kalten gemäßigten Zonen. Ihre Heimat ist stärker eingeschränkt, und sie sind weniger in der Lage, ein breites Spektrum an Umweltbedingungen zu tolerieren.

Dieser Unterschied in der Flexibilität erstreckt sich auch darauf, was ihre Präsenz an einem bestimmten Ort antreibt. Für die ektomykorrhizalen Pilze ist das Klima die dominierende Kraft. Temperatur- und Niederschlagsmuster sind die primären Schlüssel, die bestimmen, wo sie wachsen können. Ihre Existenz ist eng an das Wetter gebunden. Die arbuskulären Pilze hingegen werden von einer komplexeren Mischung aus Faktoren beeinflusst. Während das Klima auch für sie wichtig ist, wird ihre Verteilung auch stark durch den lokalen Boden, die Art der oberirdisch wachsenden Pflanzen und sogar durch menschliche Aktivitäten wie Brennen oder Landnutzung geprägt. Sie sind weniger abhängig vom breiten Klima und reagieren stärker auf die unmittelbaren Details ihrer lokalen Nachbarschaft. Dies deutet darauf hin, dass die arbuskulären Pilze eine breitere „Nische“ haben, ein Begriff, den Wissenschaftler verwenden, um den vollen Bereich der Bedingungen zu beschreiben, die eine Art tolerieren kann. Die arbuskulären Pilze können eine viel größere Vielfalt an Situationen bewältigen als ihre ektomykorrhizalen Gegenstücke.

Die Studie untersuchte dann die Zukunft, indem sie zukünftige Klimaszenarien verwendete, um zu sehen, wie sich diese Lebensräume verschieben könnten. Die Modelle sagen einen ernüchternden Trend voraus: Der geeignete Lebensraum für diese Pilze wird für fast alle von ihnen schrumpfen. Unter einem Szenario hoher Emissionen, in dem die Treibhausgaskonzentrationen ungebremst weiter steigen, wird das projiziert, dass die gesamte Fläche, auf der diese Pilze überleben können, um fast vierzehn Prozent abnimmt. Das entspricht einem Verlust von etwa 2,2 Millionen Quadratkilometern Lebensraum. Dieser Verlust verteilt sich nicht gleichmäßig auf die beiden Gruppen. Die ektomykorrhizalen Pilze, mit ihren engeren und klimabhängigeren Nischen, werden voraussichtlich am meisten unter der Situation leiden. Ihre geeigneten Lebensräume werden voraussichtlich im Durchschnitt um etwa sechsundzwanzig Prozent schrumpfen. Die arbuskulären Pilze werden ebenfalls an Boden verlieren, aber ihre Lebensräume werden voraussichtlich um eine kleinere Spanne, etwa sieben Prozent, schrumpfen.

Die Forscher fanden heraus, dass die Pilze mit den kleinsten, spezifischsten Nischen diejenigen sind, die am anfälligsten für diese Veränderungen sind. Für die ektomykorrhizale Gruppe gibt es einen klaren Zusammenhang: Je begrenzter die Umweltpräferenzen eines Pilzes sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass sein Lebensraum sich mit dem Klimawandel verringert. Diese Beziehung war bei den arbuskulären Pilzen nicht so eindeutig, da ihre breite Anpassungsfähigkeit sie – zumindest in diesen Simulationen – gegen die schlimmsten Auswirkungen zu puffern scheint. Die Studie hob auch hervor, dass es selbst innerhalb derselben Gruppe von Pilzen enorme Variationen gibt. Einige Arten derselben Gattung könnten fast den gesamten Lebensraum verlieren, während andere derselben Familie tatsächlich an Boden gewinnen oder stabil bleiben könnten. Das bedeutet, dass die Zukunft der Pilzdiversität kein einheitlicher Rückgang sein wird, sondern eine komplexe Neuordnung, bei der einige Spezialisten verschwinden und Generalisten bestehen bleiben.

Diese Erkenntnisse bieten eine entscheidende Basis für das Verständnis der Zukunft unseres unterirdischen Lebens auf dem Plananten. Da diese Pilze so tief mit der Gesundheit von Wäldern und dem Kreislauf von Kohlenstoff verbunden sind, könnte ihr Rückgang Welleneffekte haben, die weit über den Boden hinausreichen. Wenn die Pilze, die Bäumen helfen, Nährstoffe aufzunehmen, verschwinden, könnten die Bäume selbst Schwierigkeiten haben zu überleben, was potenziell die Art und Weise verändert, wie Wälder Kohlenstoff speichern und auf Dürre reagieren. Die Studie behauptet nicht, das Rätsel der Pilzverteilung gelöst zu haben, noch berücksichtigt sie jeden Faktor, wie etwa die Geschwindigkeit, mit der sich Pilze in neue Gebiete bewegen können oder wie sie sich evolutionär anpassen könnten. Doch indem sie die aktuellen Heimstätten dieser Organismen kartiert und ihre Zukunft modelliert haben, haben die Forscher eine klare Warnung ausgesprochen. Die Welt verändert sich schneller, als einige ihrer wichtigsten unterirdischen Partner mithalten können, und die Folgen des Verlusts dieser spezialisierten Pilze könnten die Ökosysteme, auf die wir angewiesen sind, grundlegend verändern.