Überlebensstrategien von Gebirgspflanzen

Tiere sind beweglich, Pflanzen sind ortsfest

Sprossbildende Pflanzen sind ortsfest und nach ihrer Keimung an ihren Wuchsstandort gebunden, Höhere Tiere wie die Wirbeltiere sind bewegungsfähig und können durch Ortswechsel lebensfeindlichen Extrembedingungen des Winters ausweichen.

Extreme Standortbedingungen oberhalb der Waldgrenze

Die Lebensräume von Pflanzen in den Alpen oberhalb der Waldgrenze sind in Bezug auf ihre Standortbedingungen Extremlebensräume: Tiefe Lufttemperaturen, scharfer Bodenfrost, hohe Windgeschwindigkeiten, intensive Sonneneinstrahlung mit einem hohen Anteil an kurzwelliger Ultraviolettstrahlung, Austrocknungsgefahr der Pflanzen durch Verdunstung, lange Schneebedeckung und unterbundene Fotosynthese sind nur einige der lebensfeindlichen Bedingungen, welche das großräumige Wetter im Habitat und das kleinräumige Mikroklima am Standorten bieten.

An ihren jeweiligen Wuchsstandorten müssen die Hochgebirgspflanzen teilweise extremen Wachstumsbedingungen trotzen. Sie leben an der Grenze, als Grenzgängern und Überlebenskünstler. Im kontinentalen Klima der Zentralalpen ist der Winter der auslesende Faktor für das Überleben einer Pflanzenart. Die Lebensräume von Pflanzen in den Alpen oberhalb der Waldgrenze sind in Bezug auf ihre Standortbedingungen Extremlebensräume.

Sommergrün versus immergrün

Unter den waldbildenden Nadelbaumarten sind Fichte, Tanne, Zirbe, Rot- Schwarz und Legföhre immergrün, die Lärchen sommergrün. Blattwerfend sind auch die Laubbaumarten. Durch den Blattabwurf vermeiden die Bäume Frostschäden an ihren empfindlichsten Organen, auch Frosttrocknis: Sie reduzieren ihre Verdunstung massiv. Wasserverlust bei gefrorenem Boden über die oberirdischen Organe bei langanhaltender winterlicher Sonneneinstrahlung mit einem hohen Anteil von Ultraviolettstrahlung bringt die aus dem Schnee ragenden Pflanzen unter Umständen an ihre tödliche Dürregrenze. Eis im Boden ist ein für die Pflanze nicht verwertbarer Aggregatzustand des Wassers. Nicht so sehr die Frostkälte, sondern eben die Frosttrocknis verursacht daher das Absterben von Ästen oder Gipfelpartien z. B. von Zirben knapp oberhalb der Schneedecke.

Nadeln als Blattausformung wie eben bei Fichte oder Zirbe, aber unter den Sträuchern auch bei den Wacholder-Arten stellen eine extreme Reduzierung der Blattflächen dar. Diese Verkleinerung der Blattspreite auf schmal lanzettliche Formen verringern die Wasserverluste durch Verdunstung, lassen aber noch die überlebensnotwendige Aufnahme von Kohlendioxid als Photosynthese-Gas über die Spaltöffnungen zu. Manche Nadelhölzer wie z.B. Zirbe, Tanne oder auch Wacholder haben an ihren Nadeln zusätzlich noch Wachsstreifen, um die Transpiration weiter zu verringern.

Säbelwuchs

An der Wald- und Baumgrenze und der dazwischen liegenden sogenannten Kampfzone sind aufrecht wachsende Holzgewächse mit langen Baumstämmen und Schäften durch Lawinenabgänge schneebruchgefährdet. Die Natur ist erfinderisch und hat reagiert: Auf die waldgrenzbildenden Baumarten Lärche (Larix decidua) und Zirbe (Pinus cembra) folgt in der nächsten Etage der Krummholzgürtel mit Baumarten wie der Legföhre oder Latsche (Pinus mugo) oder in Lawinenbahnen der Grünerle (Alnus viridis). Der Säbelwuchs ihrer vielen Triebe anstelle eines einzigen Hochstammes macht sie bruchfest. Nach langer Schneebedeckung und hohem Schneedruck können sich ihre Triebe nach dem Ausapern wiederaufrichten und dem Hangrutschen und der Bodeninstabilität trotzen.

Die kleinsten unter den Bäumen

Mit der Abwandlung vom einschäftigen Stamm von Lärche und Zirbe als waldgrenzbildende Baumarten zu bruchfesten, biegsamen und vielen Ästen bei Legföhre und Grünerle ist die Anpassungsstrategie der verholzenden Hochgebirgspflanzen noch nicht ausgeschöpft: Verschiedene Arten aus der Familie der Weidengewächse (Familie Salicaceae) bilden holzige Kriechsprosse, welche meterlang im dunklen und damit Strahlung absorbierenden und wärmenden Humus eng an den Boden angeschmiegt oder gar in den Boden eingebettet gedeihen. Diese Kriechsprosse dieser Spaliersträucher bilden nach unten aus vielen schlafenden Augen Wurzeln und nach oben und nach den Seiten gestauchte Triebe und kleinste Blätter aus. Der große schwedische Naturforscher Carl von Linné (1707-1778), nannte diese Spalierweiden minima inter arbores, die kleinsten unter den Bäumen. Die alpinen Zwergweidenarten mit ihren Kriech- und Spaliersprossen gehören zu den besten Bodenfestigern von instabilen Rohböden. Sie sind eine geniale Antwort der Natur auf die Erosion in den Bergen.

Das Mikroklima

Oberhalb der Wald- und Baumgrenze wirken sich die Ausformung und die Struktur des Geländes als auslesender Standortfaktor auf das Pflanzeninventar aus: Das kleinräumig wechselnde Mikroklima, das wenige Zentimeter bis einige Dezimeter knapp über dem Boden herrscht, wird bestimmend für die Standortwahl und für das Überleben der verschiedenen Pflanzenarten.

Sukkulenz: Frostresistenz durch Alkohol

Die Berghauswurz (Sempervivum montanum) oder der Gletscher-Hahnenfuß (Ranunuculus glacialis) sind nur zwei Beispiele für Pflanzen, welche mit Rosettenblättern als oberirdischen Organen überwintern. Ihre Frosthärte wird durch die Einlagerung von Glykol als Alkohol in den Zellsaft möglich. Der Alkohol entsteht aus den Zuckern der Photosynthese und wirkt Gefrierpunkt erniedrigend. Der Gletscher-Hahnenfuß ist der Höhenweltrekordler unter den Blütenpflanzen. Das Prinzip der Gefrierpunktdepression von Wasser unter 0° C nutzen wir Menschen bei der Verwendung von Streusalz auf winterlichen Schneestraßen oder mit dem Frostschutzmittel im Autokühler.

Fertile und vegetative Vermehrung

Eine weit verbreitete Strategie vieler Pflanzenarten in allen Klimazonen, ihre Art zu erhalten, ist die Einjährigkeit: Die Pflanze schließt ihren gesamten Reproduktionszyklus von der Blüte bis zur Samenreife in der Vegetationszeit ab und packt die gesamte Erbinformation und Energie in ihre Samen. Samen sind im Gegensatz zur vegetativen Vermehrung mit immer identischen Erbanlagen das Produkt von Bestäubung und Befruchtung und damit auch von Austausch von Erbinformation. Mit dem Auskeimen der Samen im nächsten Frühjahr beginnt der Reproduktionszyklus neu. Weil der Hochgebirgssommer kurz und zudem auch von Kälteeinbrüchen mit Frost unterbrochen sein kann, fahren verschiedene Gebirgspflanzen die Doppelstrategie: fertile Vermehrung durch Samen und vegetative Vermehrung durch Wurzelsprosse, Ausläufer, Brutknöllchen. Beispiel: Alpen-Petersbart, Lebendgebärendes Rispengras.

Sporen statt Samen

Die Vermehrung über Samen ist eine Strategie der Erhaltung einer Pflanzenart, die Ausbildung von Sporen eine zweite, weitverbreitete so bei den Algen, Pilzen, Flechten, Moosen und Farnen. Im Gebirge nimmt die Zahl der Sporenpflanzen mit den extremer werdenden Standortbedingungen zu. Flechten als Symbionten zwischen Algen und Pilzen sind die Erstbesiedler auf Extremstandorten wie den Steinen oder auf Gletschervorfeldern.

Gämsheide am Windgrat

Ein extremer Spezialist des windaperen Grates ist die Alpenazalee oder Gämsheide (Kalmia procumbens, vormals Loiseleuria procumbens). Als verholzender Spalierstrauch bildet sie Kriechsprosse und drückt sich engstens an den Boden an. Der Pflanzenkörper ragt nur wenige Zentimeter über die Bodenoberfläche. Für ihr Überleben nutzt diese Pflanzenart die wärmendspeichernde Wirkung der dunklen Humuserde und der Steinsplitter an ihrem Standort. Die verdunstungsgefährdeten Blätter sind auf winzige, oberseits ledrige Rollblättchen reduziert. Die nach unten gekrümmten Rollblättchen haben zudem Spaltöffnungen für den Austausch der Fotosynthese- und Atemgase nur an der sonnenabgewendeten Blattunterseite: Nur so kann der Gaswechsel zwischen Kohlendioxyd, Wasserdampf und Sauerstoff stattfinden, ohne das Leben durch Austrocknung zu riskieren. In der feuchten, winzigen Innenkammer der Blattunterseiten kann Kohlendioxyd aus der Luft aufgenommen werden, ohne über Gebühr Wasserdampf aus dem Pflanzenkörper durch häufigen Wind und intensive Ultraviolettstrahlung zu verlieren. Die Gämsheide ist ein exzellentes Beispiel für das Leben an der Grenze.

Eisglöckchen im Schneetälchen

Ganz anders als am Windgrat sind die Standortbedingungen unter dem Schnee wenige Metern daneben im sogenannten Schneetälchen: Monate lange Schneebedeckung, absolute Dunkelheit auch bei Tag und damit Erliegen der Fotosynthese, geringe Temperaturschwankungen zwischen Sonnenstunden tagsüber und den Nachtstunden, aber auch spätes Ausapern und stark verkürzte Vegetationszeit. Die kurze Vegetationszeit müssen die Pflanzenarten im Schneetälchen durch ein explosionsartig schnelles Wachsen ausgleichen, um zu blühen und zu fruchten und so den Erhalt der Art zu sichern. Ein Beispiel ist das Eisglöckchen oder die Soldanelle (Soldanella spec.).

Behaarung und Polsterwuchs

Sich durch dichte Behaarung vor Kälte und Austrocknung schützen ist eine weitere Strategie von Blütenpflanzen im Gebirge: Pelzanemone (Pulsatilla vernalis) oder Edelweiß (Leontopodium alpinum) sind nur zwei Beispiele einer bewährten Strategie.

Die Kugelform oder der Polsterwuchs des Gletscher-Mannsschildes (Androsace alpina) oder des Stängellosen Leimkrautes (Silene acaulis) bieten das ideale Verhältnis zwischen kleinem äußeren Volumen und großer inneren Oberfläche, um vertrocknungsresistent Fotosynthese und damit Stoffproduktion und Energiegewinn zu betreiben.

Daueraustellung „Leben an der Grenze“ im Besucherzentrum naturatrafoi

Die Dauerausstellung im Besucherzentrum des Nationalparks Stilfserjoch naturatrafoi in Trafoi an der Stilfserjochstraße ist dem Thema „Leben an der Grenze“ gewidmet. In Bild und Text stellt sie u.a. die verschiedenen Überlebensstrategien von Alpenpflanzen und -tieren vor.

Text: Wolfgang Platter, 27.12.2019