Die darwinistische Evolution in Grundlagen für Klimamodelle integrieren
Im Boden ist mehr Kohlenstoff gebunden als in der Atmosphäre und Pflanzenbiomasse zusammen. Als größte Quelle und Senke des CO2, das mit der Atmosphäre ausgetauscht wird, ist der Boden ein entscheidender Faktor für das Erdklima. Bodenmikroben sind besonders wichtig für diesen Austausch, denn sie bauen organische Bodensubstanzen ab. Die Mikroben passen sich durch Prozesse wie Mutation und Ausbreitung (Bewegung und Kolonisierung andernorts mit möglichen Auswirkungen auf den Genfluss im Raum) an und entwickeln sich weiter. Das wird in aktuellen globalen Bodenmodellen nicht abgebildet. Unterstützt über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) sollte diese Lücke im Projekt GLOBALECOEVO geschlossen werden, um mehr über die mikrobielle Anpassung an Veränderungen der Streuchemie und deren Folgen für die Kohlenstoffemissionen aus dem Boden zu erfahren.
Mikrobielle Anpassung an die Streuchemie auf Mikroskala
Organische Bodensubstanzen sind hauptsächlich Streu – also abgefallenes, totes Pflanzenmaterial auf dem Boden. MSCA-Stipendiat Elsa Abs arbeitete mit dem Projektleiter Philippe Ciais im Laboratoire des Sciences du Climat et de l‘Environnement (Labor für Klima- und Umweltwissenschaft) an der Universität Versailles – Saint-Quentin-en-Yvelines zusammen und berichtet: „Ich habe den Fokus zu Beginn des Projekts von der Bodenfeuchtigkeit auf die Streuchemie verlegt, die nach mehreren empirischen Studien mehr Auswirkungen auf die mikrobielle Zersetzung hat. Die Streuchemie verändert sich vermutlich mit dem Klimawandel, denn mit der Erderwärmung verlagern sich Pflanzenarten in höhere Breitengrade mit gewöhnten Temperaturen.“
Evolution der Bodenmikroben – und Betroffene
Durch das MSCA-Stipendium konnte Abs nicht nur eine kritische Lücke in Klimamodellen schließen, sondern sich auch professionell weiterentwickeln und wichtige neue Kompetenzen erwerben. Abs hatte die mikrobielle Evolution theoretisch über ein mathematisches Modell erforscht. Im Rahmen von GLOBALECOEVO entwickelte Abs ein numerisches Modell, um Vorhersagen tätigen zu können und die Komplexität auszubauen. Abs erlernte dabei über DEMENT, ein quelloffenes, agentenbasiertes numerisches Simulationsmodell, auch die Programmiersprache Python. Mit dem neuen Modell sollen zwei wichtige Fragen beantwortet werden: Ob verschiedene Arten der Anpassung (also Verbreitung und Mutation) an die Streuchemie zur gleichen Anpassung führen und ob die mikrobielle Evolution durch Mutation ein Faktor bei der mikrobiellen Anpassung an den Klimawandel ist. Das Hauptziel bestand darin, das innovative numerische Modell zur Evolution von Mikroben in ein Modell zur Bodenoberfläche zu integrieren.
Folgen der mikrobiellen Evolution für globale Bodenmodelle
Im Rahmen von GLOBALECODEVO wurde erfolgreich die Anpassung/Evolution durch Verbreitung und Mutation in das DEMENT-Modell integriert, mit dem jetzt die Anpassung mikrobieller Gemeinschaften auf Veränderungen der Streuchemie und die daraus resultierenden Veränderungen bei der Zersetzung organischer Bodensubstanzen modelliert werden können. Dabei wurde erkannt, dass Prognosen der Zersetzung organischer Bodensubstanzen davon abhängig sind, wie die Anpassung geschieht. „Letztendlich habe ich eine Möglichkeit vorgeschlagen, die komplexe Dynamik der mikrobiellen Evolution zu vereinfachen und in Modelle zur Bodenoberfläche zu integrieren. Derzeit teste ich, ob die mikrobielle Evolution erhebliche Auswirkungen auf globaler Ebene haben kann“, erklärt Abs. Abs wusste, dass es schwierig sein würde, die Forschungsgemeinschaft zu Klimamodellen davon zu überzeugen, dass die mikrobielle Evolution wichtig ist. Die ausgezeichnete Arbeit hat jedoch viel Aufmerksamkeit erhalten. In der jüngsten Arbeit werden die möglichen Auswirkungen der mikrobiellen Evolution auf Rückkopplungen zwischen CO2 und dem Klima dargelegt. Durch die Forschung von Abs kann bald ein grundlegender biologischer Prozess – die darwinistische Evolution – in Klimamodelle integriert werden, um die Genauigkeit und Interventionsmöglichkeiten auszuweiten.
Schlüsselbegriffe
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