Europaweite Suche nach zukunftsfitten Eichen

Stieleichen, Traubeneichen und Flaumeichen wachsen in ganz Europa sowohl an sehr trockenen als auch an gut wasserversorgten Standorten. Welche (genetischen) Anpassungen die knapp gehaltenen Bäume aufweisen, wird im internationalen Forschungsprojekt ACORN untersucht. So sollen Saatgutquellen, die der Klimaerwärmung standhalten, für die Eichenwälder der Zukunft gesichert werden.

Biologie & Medizin

5. Juni 2023

Auf einem Testfeld in Wien keimen gesammelte Saatgut-Eicheln im Feldversuch. Die Forschenden untersuchen sie auf ihre Vitalität. © C. Neophytou

Man kennt es aus TV-Krimis: Wenn die Forensiker:innen ihre Untersuchungshandschuhe überstreifen und zu den weißen Tupfern greifen, holen sie sich eine DNA-Probe und damit das genetische Profil aus dem Mundraum von Verdächtigen. Doch wie wird der genetische Fingerabdruck von einem Eichenbaum erfasst? „Wir brauchen ein Blatt im Sommer oder eine Knospe im Winter – die Frage ist, wie wir an das Material herankommen“, erklärt Waldgenetiker Charalambos Neophytou. Um es aus der Baumkrone zu holen, schwärmten 2021 geschulte Teams vom österreichischen Kamptal bis in die türkische Provinz Ankara aus. Im Gepäck hatten sie sechs Meter lange Stangensägen und Wurfsäcke mit Halteseil, die in die Krone geschleudert und dann zum Rütteln der Äste verwendet werden. Gleich 3.000 Eichen, konkret Individuen von Trauben-, Stiel- und Flaumeiche, in ganz Europa wurden für das Projekt ACORN (englisch für Eichel) erkennungsdienstlich behandelt.

Unter Leitung des Experten für Forstgenetik arbeiteten Teams aus fünf Ländern mit vielen helfenden Händen zusammen. Sie scheuten weder nasse Füße noch Steilhänge, um systematisch Bäume in geeigneten Beständen in Mitteleuropa und im östlichen Mittelmeerraum zu beproben und ihren Anpassungsmechanismen an trockenen Standorten auf die Schliche zu kommen. Mit den Forschungsergebnissen sollen letztlich heimische Saatgutquellen für die Eichenwälder der Zukunft in der voranschreitenden Klimaerwärmung erschlossen werden.

Lokales Saatgut für klimafitte Eichenwälder

Alle drei Arten (Trauben-, Stiel- und Flaumeiche) sind in Europa weitverbreitet und zählen zu den Gewinnern des Klimawandels. Die Bäume können sich an ein breites Spektrum von Standortverhältnissen anpassen. Projektleiter Neophytou, zuletzt Senior Scientist an der Universität für Bodenkultur (BOKU) in Wien, leitet heute den Arbeitsbereich Waldgenetik an der Forstlichen Versuchsanstalt Freiburg und beschäftigt sich seit vielen Jahren mit Züchtungsfragen: „Wir vermuten, dass im Genotyp, also in den Erbanlagen einzelner Bäume, aber auch im individuellen Erscheinungsbild ihrer Merkmale, dem Phänotyp, Anpassungen an Trockenstress zu finden sind. Diese Signaturen der Anpassung sollen mit ACORN gesucht werden. Wenn es sie gibt, gehen wir der Frage nach, ob wir sie nutzen können, um die Resilienz zukünftiger Eichenwälder zu erhöhen, indem wir gezielt Saatgut aus trockenangepassten Standorten gewinnen.“

Probennahme bei gut wasserversorgten Traubeneichen im nordgriechischen Chalkidiki. © C. Neophytou

Saatgutquellen vom Kamptal bis Ankara

Die aufwendigen Datenerhebungen im Feld sind bereits abgeschlossen. Nun laufen die genetischen Auswertungen zu Artidentität und Anpassungen sowie länderübergreifende Pflanzversuche, deren Ergebnisse für Herbst 2023 erwartet werden. Zunächst hat das Projektteam die DNA von je rund 30 Individuen einer Art aus unterschiedlichen Beständen vereint und das Genom der drei Arten mit Next Generation Sequencing entschlüsselt, um Bereiche des Erbguts zu identifizieren, die Signaturen lokaler Anpassung tragen. Zudem sollen Bestandspaare genetisch verglichen werden: zwei Waldflächen der gleichen Art in unmittelbarer Nähe, die sich nur in der Wasserversorgung stark unterscheiden. Zehn Paare pro Art in Mitteleuropa und Südosteuropa. Etwa ein Stieleichenwald im Kamptal am Fluss und eine Baumgruppe im Steilhang daneben, die das Wasser nicht gut halten kann. Zwei Flaumeichenbestände in der Südtürkei, der eine gut wasserversorgt, der andere nicht. Deren DNA wird extrahiert und es wird nach genetischen Unterschieden gesucht, die auf eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit schließen lassen.

Zudem wurde einzelstammweise lokales „Saatgut“, also Eicheln, von Mutterbäumen aus 24 Beständen gesammelt und in Ankara, Wien sowie nahe Zürich auf Versuchsflächen eingepflanzt. Die physiologische Fitness der Sämlinge (z. B. der Chlorophyllgehalt) wird seit Jänner 2022 immer wieder analysiert und beobachtet, wie sich die Nachkommen behaupten. Wird ein Nachkomme der Stieleiche vom Steilhang im Kamptal in Ankara zurechtkommen? Wie tut sich ein süddeutscher Sämling aus 1.000 Meter Seehöhe im pannonischen Klima Wiens? Antworten darauf gibt es 2024.

Transnationale Waldforschung

Die Forscher:innen des internationalen ACORN-Konsortiums werden vom Wissenschaftsfonds FWF, weiteren nationalen Förderagenturen und aus EU-Mitteln (Horizon 2020) unterstützt. Mit an Bord sind unter Leitung der BOKU auch das Austrian Institute of Technology, die Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (Schweiz), die Forstliche Versuchsanstalt in Baden-Württemberg (Deutschland), die Aristoteles-Universität in Thessaloniki (Griechenland), die Middle East Technical University in Ankara sowie der Nationale Botanische Garten der Türkei mit der Generaldirektion für Agrarforschung und -politik (TAGEM).

Gemeinsam entwickelten sie ein methodisches Konzept und abgestimmte Handlungsanweisungen für die Feldarbeit, um vergleichbare Daten zu bekommen. Danach wurden die passenden Untersuchungsbestände für die Fragestellungen festgelegt. Dabei konnten teilweise GIS-basierte Satellitendaten genutzt werden. Es war aber auch viel Know-how lokaler Expert:innen, Verständnis von Waldbesitzer:innen und transnationale Kooperation gefragt, wie der Projektleiter betont. Grenzüberschreitende Netzwerke, helfende Hände und Wissenstransfer wie im Projekt ACORN sind die Voraussetzung für die Lösung globaler Aufgaben. Und die groß angelegte Spurensuche in der DNA von Eichen, die im Trockenstress bestehen können.

Zur Person

Charalambos Neophytou studierte Forst- und Umweltwissenschaften in Thessaloniki, Griechenland. Bevor er 2023 die Leitung des Arbeitsbereichs Waldgenetik und forstliches Vermehrungsgut der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA BW) übernahm, arbeitete er als Senior Scientist am Waldbauinstitut der Universität für Bodenkultur (BOKU) in Wien. Er ist Koordinator des BiodivERsA-Verbundprojekts „Identifizierung von Saatgutquellen für anpassungsfähige Eichenwälder in einem sich ändernden Klima“ (2021–2024), kurz „ACORN“, das vom Wissenschaftsfonds FWF sowie von nationalen Fördergebern in Deutschland, Griechenland, der Schweiz und der Türkei gefördert wird.

Projektwebsite: https://www.acorn-biodiversa.net

Publikationen

Jansen S., Neophytou C.: Lokales Eichensaatgut: Fit für den Klimawandel? Österreichische Forstzeitung, 132(06), 2023

Jansen S., Acar P., Aravanopoulos FA, Çiftçi A., Değirmenci FÖ et al.: Genetische Anpassung von drei heimischen Eichenarten an Trockenstress. Erste Ergebnisse aus dem BiodivERsA Projekt ACORN, in: Thünen Report 105. Beiträge von Forstpflanzenzüchtung und Forstgenetik für den Wald von morgen: 7. Tagung der Sektion Forstgenetik/Forstpflanzenzüchtung, 12.–14. Sept. 2022, S. 52–59

Gruber S., Neophytou C., Hochbichler E.: Klimafitte Stieleichen aus dem Kamptal?, in: Österreichische Forstzeitung, 132(06), 13–15; 2021