09.01.2015 - BOKU-Forschung zeigt Netzwerke zwischen unter- und oberirdischen Organismen auf


„In welcher Beziehung stehen Regenwürmer zu Blattläusen?“

Dieser abstrus anmutenden Frage ging ein Forscherteam unter der Leitung der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) nach. Zugrundeliegend war die Überlegung, dass Regenwürmer und Mykorrhizapilze Nährstoffe im Boden aufbereiten, die von Pflanzenwurzeln aufgenommen werden. Blattläuse, die an diesen Pflanzen saugen nehmen diese Nährstoffe auf und sollten demnach mit Bodenorganismen in einer funktionellen Beziehung stehen. In einem Experiment gelang jetzt der Nachweis dieser Beziehung durch Markierung der Regenwürmer mit stabilen Isotopen. Netzwerke zwischen unterirdischen und oberirdischen Organismen könnten damit aufgezeigt werden, wie die Wissenschafter kürzlich im Fachmagazin „Pedobiologia“ bekanntgaben.

Schubladendenken auch in der Ökologie
Selbst in einer grundsätzlich systemischen Wissenschaftsdisziplin wie der Ökologie wird voneinander abgeschottet in Teildisziplinen gedacht und gearbeitet - wie etwa der Pflanzenökologie, der Tierökologie oder der Bodenökologie. „Es ist jedoch klar, dass alle Organismen untereinander und mit der Umwelt in Beziehung stehen“, formuliert Studienleiter Johann Zaller vom BOKU Institut für Zoologie den Ausgangspunkt zu den Untersuchungen. „Wir haben uns deshalb überlegt, wie wir nachweisen können, dass es Interaktionen zwischen im Boden lebenden und oberirdisch lebende Organismen gibt. Pflanzen nehmen dabei eine Art Vermittlerrolle ein, da Wurzeln im Boden und Blätter oberirdisch wachsen“, so Zaller weiter.

Experimente mit vier Organismengruppen
Umgesetzt wurde die Überlegung im BOKU-Forschungsglashaus in großen Pflanztöpfen mit symbiontischen Mykorrhizapilzen, Pflanzen und Blattläusen. „Zu diesem vereinfachten Ökosystem haben wir dann mit stabilen Stickstoffisotopen gefütterte Regenwürmer zugesetzt und nach mehreren Tagen versucht, diese Isotopenmarkierung in unterschiedlichen Teilen des Systems wiederzufinden: im Regenwurmgewebe, in Regenwurmhäufchen, in den Pflanzenwurzeln, den Blättern und in den Blattläusen“, erklärt Andrea Grabmaier, Erstautorin der Studie. In der Natur kommt Stickstoff in verschiedenen Varianten, den sog. Isotopen vor, die sich nur durch das Gewicht ihrer Atomkerne voneinander unterscheiden. Die Verhältnisse dieser Isotope werden auch zur Herkunftsbestimmung von Lebensmitteln herangezogen. Beispielsweise kann so nachgewiesen werden, ob Bio-Rinder tatsächlich nur mit Heu oder aber auch mit Mais-Kraftfutter gefüttert wurden. „Das Ergebnis des Versuchs war insofern sehr interessant, als uns damit der Nachweis einer funktionellen Beziehung zwischen Regenwürmern und Pflanzensaftsaugern gelungen ist. Mykorrhizapilze haben dabei die Aufnahme der Nährstoffe durch Blattläuse beeinflusst“, zeigt sich Grabmaier begeistert.

Alles hängt mit allem zusammen
„Selbstverständlich sind Beeinflussungen genauso gut in die gegensätzliche Richtung denkbar, nämlich dass Blattläuse die chemische Zusammensetzung der Pflanzen verändern und Bodenorganismen, die mit Pflanzen assoziiert sind, beeinflusst werden. Spannend wäre nun, die hier erstmals im Glashaus getestete Methode auf einer artenreichen Wiese im Freiland auszuprobieren um damit Interaktionen zwischen Bodenorganismen und Bestäuber-Insekten oder – noch komplexer - Vögel, die sich von den Insekten ernähren, aufzuzeigen“, resümiert Zaller.

Quelle:
Andrea Grabmaier, Florian Heigl, Nico Eisenhauer, Marcel G.A. van der Heijden, Johann G. Zaller (2014) Stable isotope labelling of earthworms can help deciphering belowground–aboveground interactions involving earthworms, mycorrhizal fungi, plants and aphids. Pedobiologia 57: 197-203.

Kontakt / Rückfragen:
Johann G. Zaller
Institut für Zoologie
Universität für Bodenkultur Wien
1180 Wien, Gregor Mendel Straße 33

Email: johann.zaller(at)boku.ac.at
Tel.: +43 1 476543205