Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben einen bedeutenden Fortschritt in der Erforschung der Symbiose zwischen Pflanzen und Mykorrhiza-Pilzen erzielt. Zum ersten Mal gelang es, das komplexe Netzwerk, das aus Pflanzenwurzeln und Pilzfäden im Boden besteht, in dreidimensionaler Form sichtbar zu machen. Diese neue Methode könnte weitreichende Auswirkungen auf die Entwicklung klimaresilienter Pflanzen haben.
Die Symbiose zwischen Pflanzen und Mykorrhiza-Pilzen ist für viele Pflanzenarten von entscheidender Bedeutung. Die Mykorrhiza erweitert die Reichweite der Pflanzenwurzeln, sodass sie besser in der Lage sind, Wasser und Nährstoffe aus dem Boden zu absorbieren. Im Gegenzug liefern die Pflanzen den Pilzen Kohlenhydrate, die sie durch Photosynthese gewinnen. Trotz des Wissens um die Bedeutung dieser Beziehungen war es den Forschenden bislang nicht möglich, das unterirdische Netzwerk in seiner natürlichen Struktur zu untersuchen.
Die neu entwickelte Methode basiert auf der Synchrotron-Computertomographie, einer Technologie, die es ermöglicht, feinste Strukturen darzustellen, die mit herkömmlichen bildgebenden Verfahren oft nicht erfasst werden können. Um die Analyse durchzuführen, werden Pflanzen in einem speziellen „Korb“ kultiviert. Dieser Korb ermöglicht es, die Pflanzen samt dem umgebenden Bodenmaterial zu entnehmen, ohne das Wurzelgeflecht zu schädigen. Anhand einer Vielzahl hochauflösender Projektionsaufnahmen wird schließlich ein dreidimensionales Modell erstellt, das die Pflanzenwurzeln, Pilzfäden und Pilzsporen in ihrer natürlichen Umgebung abbildet.
Professor Mutez Ahmed, der die Forschung leitet, beschreibt die neue Methode als Öffnung einer „Black Box“ der Pflanzenforschung. Vor der Einführung dieser Technik war es notwendig, Wurzeln aus dem Boden zu ziehen und sie von Erde und anderen Materialien zu reinigen. Dieser Prozess führte häufig zum Verlust von feinen Strukturen und der räumlichen Anordnung zwischen Pflanzen und Pilzen. Das neue Verfahren ermöglicht es nun, das gesamte Netzwerk in seiner ursprünglichen Umgebung zu analysieren und könnte auch auf Pflanzen angewendet werden, die außerhalb von kontrollierten Laborbedingungen wachsen.
Ein wichtiger Aspekt dieser Forschung ist die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Kulturpflanzen gegenüber Trockenstress und anderen klimabedingten Herausforderungen. Henri Braunmiller, Erstautor der Studie, betont, dass ein besseres Verständnis der Mykorrhiza und ihrer Verknüpfungen mit den Pflanzenwurzeln entscheidend ist. Mit den gewonnenen Erkenntnissen könnten Wissenschaftler identifizieren, welche Mykorrhiza-Netzwerke besonders effektiv bei der Wasserversorgung und Nährstoffaufnahme sind. Dies könnte langfristig zu neuen Strategien führen, um landwirtschaftliche Pflanzen widerstandsfähiger gegen die zunehmenden Herausforderungen des Klimawandels zu machen.
Die Forschungsergebnisse haben das Potenzial, die Art und Weise, wie wir über Pflanzen und ihre Beziehungen zu Mikroben denken, grundlegend zu verändern. Die Möglichkeit, unterirdische Strukturen in 3D zu visualisieren, eröffnet neue Perspektiven für die Grundlagenforschung und könnte auch praktische Anwendungen in der Landwirtschaft und im Gartenbau finden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die neu entwickelte Technik der 3D-Darstellung von unterirdischen Pilznetzwerken nicht nur ein bedeutender wissenschaftlicher Fortschritt ist, sondern auch eine wichtige Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten zur Verbesserung der Pflanzenresilienz in einer sich schnell verändernden Umwelt bietet. Durch die Kombination von innovativer Technologie und grundlegender biologischer Forschung könnten die Wissenschaftler der TUM einen bedeutenden Beitrag zur nachhaltigen Landwirtschaft und zur Bewältigung der Herausforderungen des Klimawandels leisten.
