Die Weisheit der Natur: Was uns die Bäume des Amazonas über das Überstehen von extremer Hitze lehren können

Einleitung – Der Dschungel in der Dämmerung
Eine Drohne gleitet über den nebligen Amazonas bei Morgengrauen. Als das orangefarbene Licht die Baumkronen streift, beginnen unzählige Blätter, die im Blätterdach verborgen sind, gleichzeitig zu leuchten, als ob ein riesiges Solarpanel in Bewegung gesetzt würde. Dort gab es ein unbekanntes „Spiel mit dem Licht“ für die Menschen.

1. Hintergrund der Forschung

Der Amazonas-Regenwald, bekannt als die größte Kohlenstoffsenke der Erde, ist in den letzten Jahren durch den Klimawandel extremen Dürren und hohen Temperaturen ausgesetzt. Satelliten haben die Photosyntheserate mittels Chlorophyllfluoreszenz (SIF) geschätzt, aber es wurde ein „unangenehmes Faktum“ berichtet, dass SIF in der Trockenzeit eher zunimmt, was eine dringende Vor-Ort-Überprüfung erforderlich machte. phys.org

2. Forscher, die sich den Baumkronen stellten

Leonardo Siccardi, Doktorand, und sein Team bestiegen von 2019 bis 2024 über 200 Riesenbäume, die mehr als 60 m hoch sind. Sie verwendeten ein tragbares Photosynthesemessgerät „MultispeQ“, um gleichzeitig ① absorbierte Lichtmenge (APAR) ② Fluoreszenz ③ Wärmedissipation ④ reine Photosyntheserate zu messen. Die Gesamtzahl der Proben umfasste über 10.000 Blätter, und das erste „vollständige 3D-Auflösungsdatensatz“ der Baumkronen entstand. phys.org

3. Das enthüllte „Dreiphasenmodell“

1. Balancephase (niedrig bis mittlere Lichtintensität)

   • Photosynthese und Fluoreszenz nehmen synchron zu und ab.

2. Pufferphase (starkes Licht + leichte Trockenheit)

   • Schnelle Zunahme der Wärmedissipation zur Unterdrückung des Temperaturanstiegs der Blätter. Photosynthese bleibt stabil.

3. Krisenphase (starkes Licht + schwere Trockenheit)

   • Das Wärmedissipationsmechanismus erreicht seine Grenze und die Photosynthese sinkt stark ab. Die Fluoreszenz nimmt spitzenartig zu, was auf Schäden an den Blättern hindeutet.

Die bisherige Satellitenalgorithmen, die „Fluoreszenz↑ = Photosynthese↑“ annahmen, übersahen das Umkehrphänomen in der dritten Phase. phys.org

Sonnenlicht→Blätter→Fluoreszenz, Wärme, Photosynthese

4. Reaktionen in den sozialen Medien – „Bewunderung und Unruhe“

• @thepostdoctoral
  „Dies könnte die Art und Weise, wie wir Satellitendaten interpretieren, grundlegend verändern. Die Bedeutung der Bodenbeobachtung wird erneut bestätigt!」 twitter.com

• @kgusler
  「Ich bewundere den Eifer, auf den riesigen Baum zu klettern. Aber die SIF-Industrie benötigt eine erhebliche Korrektur.」 twitter.com

• @MSUDOEPlantLab
  「Unser MultispeQ erhellt die Zukunft des Regenwaldes! Der nächste Einsatz ist in Afrika geplant.」 x.com

Auch von japanischen Forschern wird gesagt: „Dies ist ein Ergebnis, das direkt zur Kalibrierung der Daten des Satelliten 'Shikisai' beiträgt“ (Chiba Universität, Satellitenbeobachtungszentrum).

5. Hinweise für Japan

• Fernerkundungsindustrie: Start-ups in Japan, die sich mit SIF-Analysen für die Landwirtschaft beschäftigen, müssen ähnliche Fehlerkorrekturen bei der Anwendung auf Pflanzen in Trockengebieten vornehmen.

• Waldpolitik: Bei der Anwendung von Photosyntheseeffizienz als Nachhaltigkeitsindikator für Tropenholz kann das dreistufige Modell dieser Studie integriert werden, um die Bewertung des Risikos illegaler Abholzung zu verfeinern.

• Bildung und Tourismus: Die grafische Darstellung der „Verteilung der Lichtenergie in Blättern“ kann für Umweltbildung in Grund- und Mittelschulen sowie für Ökotourismus-Informationstafeln genutzt werden.

6. Zukünftige Perspektiven

Das Forschungsteam plant, zwischen 2025 und 2027 ein multiskaliges Beobachtungsnetzwerk im Rio-Negro-Becken zu errichten, das Satelliten, Drohnen und Kronensensoren integriert. Die Entwicklung eines „physikbasierten KI-Modells“, das Satelliten-SIF in Echtzeit in Wärmeableitung, Fluoreszenz und Photosynthese zerlegt, wird der Schlüssel sein. Ob ein Frühwarnsystem implementiert werden kann, bevor der Regenwald einen Kipppunkt erreicht, wird auch durch die technologische Zusammenarbeit Japans von Interesse sein. phys.org