C3 oder C4? Das ist kein Schachzug. Das sind unterschiedliche Photosynthese-Wege! Es gibt grüne Pflanzen, die machen aus CO2, das sie aufnehmen, Verbindungen mit drei Kohlenstoff-Atomen und daraus später Zucker. Andere bauen CO2 zunächst in Moleküle mit vier Kohlenstoff-Atomen ein. Daher die Unterscheidung zwischen C3 und C4. Wobei C3-Pflanzen typisch für die gemäßigten Zonen der Erde sind und C4-Pflanzen für wärmere und trockene Klimate.

Beide sollten eigentlich unterschiedlich auf steigende Treibhausgas-Konzentrationen in der Atmosphäre reagieren, sagt Melissa Pastore, Ökologin an der Universität von Minnesota in den USA:

"Die meisten Landpflanzen folgen dem C3-Weg. Man geht davon aus, dass sie ihre Photosynthese-Rate bei einer CO2-Zunahme steigern werden. Bei C4-Pflanzen ist das anders. Ihre Photosynthese gilt als ausgereizt. Deshalb sollte mehr CO2 auch nicht zu einem stärkeren Wachstum von C4-Pflanzen führen."

Langzeit-Experiment mit erhöhter Kohlendioxid-Konzentration

Die Biologin spricht sogar von einem Dogma. Doch vermutlich stimmt es gar nicht! Das lässt jedenfalls das Langzeit-Experiment in Minnesota vermuten. Acht verschiedene Naturgräser wachsen dort seit mittlerweile 20 Jahren bei einer erhöhten Kohlendioxid-Konzentration. Sie liegt knapp 50 Prozent über dem heutigen Normalwert. Bei allen C4-Sorten handelt es sich um Präriegräser, bei den C3-Pflanzen um Arten wie das Wiesen-Rispengras und die Gemeine Quecke, die auch bei uns wachsen:

"In den ersten zwölf Jahren beobachteten wir genau das, was wir auch erwartet hatten: Die C3-Gräser wuchsen kräftiger und die C4-Gräser nicht. Doch in den folgenden acht Jahren geschah etwas Rätselhaftes: Das Ganze kehrte sich um! Jetzt legten die C4-Gräser in ihrem Wachstum zu, die C3-Gräser aber nicht mehr."

Der Grund dürfte sein, dass es mit der Zeit auch zu Veränderungen im Boden kam. So waren die C3-Gräser am Ende immer schlechter mit Stickstoff versorgt, einem wichtigen Pflanzennährstoff. In den Flächen der C4-Gräser nahm die sogenannte Mineralisierung im Boden dagegen zu, das heißt für die Prärie-Pflanzen verbesserte sich das Nährstoffangebot zusehends. Deswegen profitierten sie wohl auch wider Erwarten von der CO2-Düngung.

C4-Pflanzen könnten das Klima stärker kühlen

Doch was kann man nun aus dem Experiment ableiten? Melissa Pastore ist da selbst sehr zurückhaltend. Die Ergebnisse seien höchstens auf Savanne, Prärie und andere Graslandschaften übertragbar:

"Grasland-Ökosysteme machen immerhin 40 Prozent der Vegetation außerhalb landwirtschaftlicher Flächen aus. Und sie schlucken große Mengen des Kohlendioxids, das durch menschliche Aktivitäten zusätzlich in die Atmosphäre gelangt. Bisher dachte man, die C3-Gräser der gemäßigten Zonen wachsen bei einem erhöhten CO2-Angebot besser. Und bei den C4-Gräsern in wärmeren und trockeneren Regionen ändert sich nichts. Wenn sich Savannen und Prärien mit ihren C4-Pflanzen aber so verhalten wie in unserem Experiment, dann könnten sie mehr CO2 entfernen und das Klima stärker kühlen, als wir gedacht haben - während uns C3-Gräser vielleicht weniger dabei helfen."

Auch viele wichtige Agrarpflanzen sind Gräser. Doch die werden gedüngt, so dass es auf Äckern im Allgemeinen nicht zu Nährstoff-Engpässen kommt wie in dem Langzeitexperiment der US-Forscher. Auf die Landwirtschaft seien die Ergebnisse der neuen Studie daher nicht übertragbar, wie verschiedene Forscher in ersten Reaktionen betonen.

Langzeitstudien mit weiteren Arten und Ökosystemen nötig

Klar scheint jedenfalls, dass grüne Pflanzen nicht immer weiter sprießen, nur weil die Luft mehr CO2 für sie bereithält. Ohne eine adäquate Versorgung mit Wasser und anderen wichtigen Nährstoffen verpufft dieser Effekt irgendwann wieder. Auch bei C3-Pflanzen, die doch bisher als so steigerungsfähig galten. Dazu zählen übrigens auch Bäume:

"Die Ergebnisse unserer Studie waren eine absolute Überraschung. Wir sollten daher vorsichtig mit unseren Vermutungen sein, wie stark Landökosysteme auch weiterhin CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen werden. Wir brauchen zusätzliche Langzeitstudien mit weiteren Arten und Ökosystemen, um wirklich herauszufinden, was in der Zukunft passieren wird."

Das Freiland-Experiment in Minnesota läuft übrigens weiter. Die nächste Zwischenbilanz darf man dann vielleicht nach 25 Jahren erwarten.