Flechten trotzen Bedingungen, in denen andere Organismen nicht überleben können. Salzburger Forscherinnen ergründen, wie sie auf den Klimawandel reagieren. Ihre Forschung brachte sie auch in die Antarktis.

Flechten sind richtig hart im Nehmen. Bestimmte Arten besiedeln alle sieben Kontinente. Andere halten es sogar im Weltall aus. Im Jahr 2005 betrieben zwei Flechtenarten Photosynthese, nachdem sie 15 Tage an der Außenhülle eines Satelliten in der Erdumlaufbahn verbracht hatten. Ulrike Ruprecht von der Universität Salzburg hat ihre Laufbahn den Flechten gewidmet. "Sie halten die extremen klimatischen Bedingungen aus. Darum zieht es mich so zu ihnen hin", erzählt die Biologin. In einem aktuellen Forschungsprojekt des Wissenschaftsfonds FWF geht sie den Fragen nach, wie Klima, Diversität und die Verbreitung von Flechten zusammenhängen - und wie die widerstandsfähigen Organismen mit der Erderwärmung umgehen.

Die wohl am längsten bekannte Symbiose der Welt

Es wird geschätzt, dass weltweit rund 19.000 Flechtenarten existieren. Bei genauerem Hinsehen offenbaren sie sich als vielfältige, komplexe Symbiose. Den Großteil des Flechtenkörpers bildet ein Pilz, in dem einzellige Algen eingebettet sind. Der Pilz bietet ihnen einen Lebensraum direkt unter seiner Oberfläche und schützt sie, etwa vor Lichteinstrahlung. Und er erhält Energie, indem er die Kohlenhydrate anzapft, welche die Algen durch Photosynthese herstellen.

"Neben den zwei primären Symbionten finden wir zudem im Flechtenkörper oder darauf oft viele weitere Pilze und Algen", sagt Ruprecht. Zudem verfügt jede Flechte über ihr eigenes Mikrobiom, das sich aus einer Myriade an Bakterien zusammensetzt. "Flechten erhalten ihre Nährstoffe durch die Luft - also etwa durch Regen, Nebel oder Wind. Die Bakterien machen die auf diesem Weg erhaltenen Nährstoffe dann für den Pilz verfügbar", so die Forscherin. Sie analysiert Veränderungen des sogenannten Flechten-Holobioms - also die ganz spezielle Zusammensetzung aus Pilzen, Algen und dem Mikrobiom.

Forschung an den (fast) Unverwüstlichen

Ulrike Ruprecht entschlüsselt, wie sich Holobiome von Flechten, die in den Alpen und der Antarktis vorkommen, zusammensetzen. Sie will herausfinden, wie Veränderungen in Temperatur, Feuchtigkeit und Druck die komplexe Symbiose von Pilzen, Algen und Bakterien beeinflussen. Das wiederum erlaubt einen Blick in eine wärmere Zukunft.

Dabei fokussiert sie sich auf die härtesten von allen: die sogenannten Krustenflechten, die sich an harte Oberflächen wie Felsen heften und auf der ganzen Welt vorkommen. In der Antarktis, die zu 99,82 Prozent mit Eis bedeckt ist, sind sie, neben Moosen, die wichtigsten Elemente der Vegetation. "Wenn sie ausgetrocknet sind, sind sie fast unverwüstlich. Wird es feucht, etwa wenn Schnee schmilzt oder Nebel aufzieht, werden sie wieder aktiv - und betreiben ihren Stoffwechsel", erklärt Ulrike Ruprecht.

Von Seegang, Skalpell und Schneeschuhen

Auch die Flechtenforscherin ist hart im Nehmen. Sie war bereits mehrere Male in der Antarktis, um Flechtenproben zu sammeln. Zuletzt überquerte sie 2018 an Bord des spanischen Polarforschungsschiffes Hespérides vier Tage lang die Drake-Passage, die für ihren extremen Seegang bekannt ist. "Diese Überfahrt war eine wilde Erfahrung", erzählt die Wissenschaftlerin, die für diese Feldforschung einige Wochen an der spanischen Polarforschungsstation Juan-Carlos-I, in der maritimen Antarktis auf der Livingston-Insel auf dem 62. südlichen Breitengrad, zu Gast war. Für weitere Forschungen flog sie in die kontinentale Antarktis an die neuseeländische Forschungsstation Scott Base.

Auf der Suche nach Flechten wanderte die Biologin mit Schneeschuhen an den Füßen über antarktische Gletscher, flog mit dem Helikopter in Trockentäler der kontinentalen Antarktis und fuhr, eingepackt in einen dicken Neoprenanzug, mit Schlauchbooten zu weiter entfernten Sammelorten. Hunderte Male kratzte sie mit einem sterilen Skalpell Flechtenstückchen von Felsen in speziell vorbereitete Röhrchen. Diese Proben ergänzen einen Datensatz, den sie seit zwei Jahrzehnten auf mehreren Expeditionen sowie in Zusammenarbeit mit Kolleg:innen erstellt. Sie dienen als Basis für die Vorhersage zukünftiger Entwicklungen im Kontext des Klimawandels.

Rückzüge und neue Lebensräume

In einer jüngst erschienenen Studie hat die Doktorandin Anna Götz nun 673 antarktische Proben dieses Datensatzes analysiert. Sie hat unter anderem errechnet, wie sich das Verbreitungsgebiet der vier häufigsten und am weitesten verbreiteten antarktischen Krustenflechten-Arten unter drei verschiedenen Klimaszenarien bis ins Jahr 2100 verändert.

Das Ergebnis: In der maritimen Antarktis werden einige Arten ihren Lebensraum verkleinern. Anders gestaltet sich die Lage in drei Regionen der kontinentalen Antarktis, die trockener und kälter sind. Dort können die meisten Arten ihre Lebensräume bis zum Ende des Jahrhunderts ausdehnen - und zwar auch bei extremer Erwärmung. Viele Arten würden dann den Berechnungen nach ins Landesinnere wandern. "Wenn das Eis schmilzt, werden viele Krustenflechten einen neuen Lebensraum finden", erläutert Ulrike Ruprecht.

Besonders Generalisten haben gute Chancen. Lecidea cancriformis beispielsweise, ein Flechtenpilz der Gattung Lecidea, kann mit sämtlichen Algenarten eine Symbiose eingehen. "Doch viele Flechtenpilze sind relativ spezialisiert auf gewisse antarktische Lebensräume", erklärt die Biologin. Ihnen falle es in der Regel schwerer, mit der Erwärmung umzugehen.

Wer kommt mit, wenn es wärmer wird?

In den Alpen ist die Anpassung schwieriger als in der Antarktis. "Da ist irgendwann der Gipfel die letzte Ausweichmöglichkeit - und das war es dann", sagt Ruprecht. Sie möchte nun herausfinden, wie die Veränderung von Variablen wie Temperatur oder Feuchtigkeit die Zusammensetzung des Flechten-Holobioms beeinflusst.

Dafür waren sie und Doktorandin Anna Götz, ausgestattet mit Skalpellen und einer Menge Röhrchen im Sommer 2023 im Nationalpark Hohe Tauern unterwegs. An Standorten in der Seehöhe von 1.170 bis 3.000 Metern Seehöhe sammelten sie insgesamt 175 Proben. Erste Analysen zeigen, dass sich die Zusammensetzung des Flechten-Holobioms in verschiedenen Höhenstufen klar verändert.

Aktuell durchleuchten die Forscherinnen das Holobiom von 250 Proben aus der Antarktis, den Alpen sowie dem südlichen Südamerika - vorrangig von Flechtenpilzarten, die an mehreren Standorten vorkommen. "Wir analysieren, wie sich das Flechten-Holobiom entlang von klimatischen Gradienten unterscheidet", erörtert Ruprecht. Klimatische Gradienten beschreiben vereinfacht gesagt die zeitliche oder räumliche Veränderung von Messwerten, etwa der Lufttemperatur entlang der Meereshöhe oder von Nord nach Süd. Um zu Erkenntnissen zu gelangen, benötigt es allerdings Zeit und Rechenleistung.

Winzige Organismen, riesige Datensätze

Als ersten Schritt muss der molekulare Bauplan der Proben entschlüsselt werden, also ein Molekül, in dem die genetische Information anhand von vier Basen codiert ist: die DNA. Dazu bearbeitet Ulrike Ruprecht die Proben zuvor mit flüssigem Stickstoff. "Schließlich sind Flechten stabile Dinger. Da bekommt man die DNA nicht so einfach heraus", sagt sie.

Als nächsten Schritt extrahiert die Forscherin die gesamte DNA der Probe. Diese setzt sich aus einer Vielzahl unterschiedlicher Algen, Pilze und Bakterien zusammen. Um herauszufinden, welche Organismen die Probe enthält, helfen sogenannte Primer. Diese individuellen, künstlich hergestellten DNA-Stücke binden an einem spezifischen Teil der DNA und markieren dieses, wodurch ein klar definierter Teil der DNA vervielfacht wird. Dieser wird dann sequenziert. "Mittlerweile gibt es Primer für jedes Stück im Genom", erklärt Ulrike Ruprecht. Am Ende des Prozesses weiß sie, durch die Zuordnung der Sequenzen in einer Datenbank, welche jeweiligen Organismen die Probe enthielt.

Zukunft der Flechten prognostizieren

Diese Daten verknüpfen die Forscherinnen mit 19 sogenannten Klimavariablen. Diese errechnen sich aus Temperatur und Niederschlag des Standortes, an dem die Probe entnommen wurde. Zusätzlich werden Breitengrad und Seehöhe berücksichtigt. Alle Daten fließen wiederum in statistische Modelle ein. Mit der Methode der sogenannten ökologischen Nischenmodellierung lassen sich aktuelle und zukünftige Verbreitungsgebiete einzelner Flechtenarten errechnen. Die Analyse hilft darzustellen, welche Flechte mit welchem Holobiom an welchem Standort vorkommt - und ob das auch in Zukunft so bleibt. "Aus unseren Ergebnissen können wir unter anderem ableiten, welche Arten sich in Zukunft weiterverbreiten werden, welche zurückgehen oder wohin sie migrieren werden", sagt Ulrike Ruprecht. "Ich bin selbst gespannt, was wir noch finden werden."

Zur Person

Ulrike Ruprecht ist Postdoc und als Projektleiterin am Fachbereich Umwelt und Biodiversität der Paris Lodron Universität Salzburg tätig. Sie promovierte in Ökologie mit Schwerpunkt auf Biodiversität, Lichenologie (Flechtenkunde) und evolutionärer Systematik. In ihrer Forschung befasst sie sich mit kälteangepassten Organismen, insbesondere steinbewohnenden Krustenflechten in polaren und hochalpinen Lebensräumen. Das Forschungsprojekt „Flechten-Holobiom-Diversität entlang klimatischer Gradienten“ wird vom Wissenschaftsfonds FWF mit 340.000 Euro gefördert und läuft bis Ende 2026.

Publikationen:

Future range shifts and diversity patterns of Antarctic lecideoid lichens under climate change scenarios, in: Global Change Biology Communications, Dez. 2025
Aurantiothallia and Hertelaria, two new genera of porpidioid Lecideaceae (Ascomycota, Lecanoromycetidae, Lecideales), and other new porpidioid taxa from Tasmania, in: The Lichenologist 2025
Two new species of the genus Lecidella (Lecanoraceae, Ascomycota) from maritime Antarctica, southern South America and North America, in: The Lichenologist 2024

Wissenschaftlicher Kontakt
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Umwelt & Biodiversität 
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