Wer lebt zu unseren Füßen?

Millionen von Mikroorganismen

„Pflanzen stecken mit ihren Wurzeln im Boden und sind damit als bodenassoziierte Organismen zu betrachten“, erklärt Eisenhauer. Entsprechend zählte ein Team der Universität Zürich bei seiner Studie auch Pflanzen mit. Die Veröffentlichung erfolgte 2023 im Fachjournal PNAS. Erstautor Mark Anthony, inzwischen an der Universität Wien, und seine Kollegen haben dafür einen Aufwand betrieben, den ihnen bislang niemand nachgemacht hat. Sie kombinierten bereits veröffentlichte globale Artenzahl-Schätzungen verschiedener Organismengruppen und leiteten daraus ab, wie viel der weltweiten Biodiversität im Boden lebt. Demnach beherbergt der Boden 59 Prozent aller Lebewesen – von Mikroben bis zu Säugetieren – und ist damit der Lebensraum mit der größten Artenvielfalt auf der Erde. Matthias Rillig von der Freien Universität Berlin (FU) sagt dazu: „Es gibt natürlich riesige Unsicherheiten. Keiner kann wissen, wie viele Pilzarten es etwa gibt. Die Studie ist dennoch sehr sorgfältig gemacht – und vorherige Schätzungen waren deutlich weniger detailliert.“

Säugetiere wie der Maulwurf, Mäuse und Kaninchen graben Gänge bis in den Unterboden und leben als Höhlenbewohner in bis zu 80 Zentimeter Tiefe. Sie gehören zur Megafauna. „In tropischen Gefilden können Regenwürmer sogar bis zu einem Meter und länger werden – dann zählen wir sie auch zur Megafauna“, erklärt Eisenhauer. Asseln, Tausendfüßer, Käfer und Regenwürmer hierzulande rechnen Forschende zur Makrofauna. Und unter Mesofauna werden zum Beispiel Springschwänze und Milben gefasst. Tiere, die kleiner als 0,2 Millimeter sind, gehören zur Mikrofauna. Hinzu kommt die vielfältige Bodenflora bestehend aus Algen, Flechten, Bakterien und Pilzen. „Der Boden mit seinem mikroskopischen Leben geht leider manchmal noch immer etwas unter“, gibt Experte Eisenhauer zu bedenken. „Immerhin hat sich in den letzten 10 bis 15 Jahren etwas getan. Eine Revolution in der molekularen Biologie dank neuer Sequenziertechniken hat dazu geführt, dass wir in der Biodiversitätsforschung immer mehr und bessere Daten zu Mikroorganismen wie Bakterien haben.“

Es ist kaum vorstellbar, wie viele dieser Mikroorganismen im Boden leben. FU-Ökologe Rillig erklärt: „Ein Gramm Boden ist so viel, wie wir zwischen zwei Fingern halten können. Da stecken 10 bis 100 Millionen Bakterien drin. Und 50 Meter Pilzfäden. Das passt nur, weil die Organismen eben super klein sind – die innere Oberfläche im Boden allerdings gigantisch. Er ist der am intensivsten dreidimensional strukturierte Raum, den es gibt.“ Deshalb kann es dem Boden auch gelingen, in größeren Mengen etwa organische Schadstoffe zu absorbieren.

Mit den Bakterien im Boden verhält es sich ähnlich wie mit den Bakterien im menschlichen Darm. Auch der Darm hat eine enorm große Oberfläche, die mit Billionen von Bakterien besiedelt ist. Im besten Fall sorgen sie – im Darm sowie im Boden – dafür, organisches Material zu zersetzen und Nährstoffe verfügbar zu machen. Wenn wir uns abwechslungsreich und ausgewogen ernähren, ist die Darmflora vielfältig und gesund. Nur dann unterstützen Bakterien unser Immunsystem zum Beispiel dabei, nützliche Nährstoffe von schädlichen Erregern zu unterscheiden. So auch die Mikroorganismen im Boden: Sie halten Erreger von Krankheiten in Schach, die ebenfalls den Menschen befallen können wie etwa Pilzinfektionen oder Tetanus (Wundstarrkrampf). Eisenhauer sagt: „Die Theorien aus der Bodenökologie lassen sich auch in der Humanbiologie anwenden und andersherum.“ Dabei ist das Thema Darm für viele Menschen wohl ähnlich abschreckend wie der vermeintliche Dreck zu ihren Füßen – obwohl unsere Gesundheit direkt von Menge und Vielfalt der Mikroorganismen abhängig ist.

Störfaktoren für Bodenfunktionen

„Wir fassen immer mehr globale Daten zur Biodiversität und zu den Ökosystemfunktionen von Bodenorganismen zusammen“, so Eisenhauer. Dafür generiert sein Team auch selbst neue Daten. Der längste Feldversuch – und mit einer Fläche von etwa zehn Hektar auch einer der größten – ist das Jena-Experiment, es läuft bereits seit 2002. Die Forschenden untersuchen, welche Bedeutung die Biodiversität der Pflanzen für die Funktionen des Bodens als Ökosystem hat. „Eine generelle Erkenntnis aus den letzten Jahren der Forschung ist, dass die Arten in einem komplexen Geflecht miteinander verbunden sind“, berichtet Eisenhauer. Anders als lange vermutet, gibt es im sogenannten Bodennahrungsnetz keine funktionelle Redundanz: Es ist also keine Art überflüssig. Stattdessen spielt jede Art ihre spezifische Rolle.

„Wenn Arten koexistieren, machen sie eben nie genau das Gleiche“, erklärt Eisenhauer. Hinter dem Gefüge der Arten stecken verschiedene Mechanismen: Sie ergänzen etwa ihre Funktion in einem Ökosystem. Eine Art stößt zum Beispiel den Abbau einer komplexen organischen Verbindung an, eine andere treibt ihn weiter voran. Oder wenn es für einen bestimmten Prozess eine bestimmte Art benötigt, ist in einer artenreichen Gemeinschaft die Wahrscheinlichkeit höher, genau diese Art mit der erforderlichen Funktion anzutreffen. „Das bedeutet auch, dass wichtige Ökosystemfunktionen verloren gehen, wenn Arten fehlen“, ergänzt Eisenhauer. Die Liste mit Gründen für den Schwund von Arten auf einzelnen Flächen und weltweit ist lang: Böden werden zunehmend versiegelt, verschmutzt und übernutzt – Arten fehlt der Lebensraum. Hinzu kommt die Klimaveränderung, die negative Effekte noch verstärkt.

Um die Auswirkungen solcher Störfaktoren auf die Wohngemeinschaften des Bodens systematisch untersuchen zu können, bedient sich Eisenhauers Team ergänzend zu den Freilandflächen des Jena-Experiments sogenannter EcoUnits des iDiv-Ecotrons. Die verglasten 24 Versuchskammern messen 1,5 auf 1,5 Meter und bestehen aus einem unterirdischen sowie oberirdischen Teil. Letzterer ist mit einer Anlage für Beleuchtung, Belüftung und Bewässerung ausgestattet. „Damit befinden wir uns in einer Zwischenwelt von der Komplexität der Natur im Feld auf der einen Seite und den sehr vereinfachten Bedingungen von Laborversuchen auf der anderen Seite“, erklärt Eisenhauer. „Wir können damit etwa die Anzahl der Bodentiere relativ einfach manipulieren und dann unter standardisierten Bedingungen Effekte auf die kleinen nachgebauten Ökosysteme messen.“

Böden in Balance

In Böden mit artenreichen Pflanzengemeinschaften ist zum Beispiel mehr Kohlenstoff gespeichert als in Böden mit weniger Arten. Auch die mikrobielle Biomasse im Boden ist dann höher – mit positiven Effekten auf das Bodenwasser. „Wir sehen, dass Schadstoffe, die sich im Boden anreichern können, auf artenreichen Flächen besser abgebaut werden“, berichtet Eisenhauer.

Außerdem gehe weniger Stickstoff verloren. Pflanzen benötigen Stickstoff, um zu wachsen. Damit sie den Nährstoff aufnehmen können, muss er allerdings zunächst von Mikroorganismen in Nitrat umgewandelt werden. Ist davon, zum Beispiel aufgrund von Überdüngung, zu viel vorhanden und Pflanzen lagern es nicht ein, wird das überschüssige Nitrat ausgewaschen. Nitratbelastetes Trinkwasser hat direkte negative gesundheitliche Konsequenzen für uns Menschen. Im Körper zu Nitrit umgewandelt, beeinträchtigt es etwa bei Säuglingen den Sauerstofftransport im Blut. „Wir vermuten, dass Bodenpilze wie zum Beispiel Mykorrhiza in artenreichen Gemeinschaften den Stickstoff, Phosphor und Wasser effizienter den Pflanzen zurückführen können und diese ihn auch besser nutzen können.“

Mykorrhiza sind Wurzelpilze, die im Boden meist weit ausgedehnte Geflechte bilden. „Es gibt verschiedene Typen: Die einen wachsen an der Wurzel entlang, andere wachsen sogar in die Wurzel hinein“, erklärt Eisenhauer. „Die Pflanze liefert Kohlenstoffverbindungen, im Gegenzug bekommt sie vom Mykorrhiza-Pilz Nährstoffe und Wasser. Mit diesem Handelsdeal sind beide Partner in der Regel sehr zufrieden.“ Die Bedeutung der Symbiose kann kaum überschätzt werden. Die Mykorrhiza-Pilze tragen zur Pflanzengesundheit, dem Ertrag von Nutzpflanzen und so zu unserer Ernährung entscheidend bei. Sie fördern auch die Widerstandsfähigkeit von Pflanzen, etwa bei Trockenstress. Zuletzt hat Eisenhauer diese Ergebnisse im Januar 2026 in Nature Reviews Biodiversity veröffentlicht.

Können Pilze Geräusche hören?

Auch Matthias Rillig befasst sich mit Bodenpilzen. Ein Aspekt, den er dabei besonders faszinierend findet: Hören diese Mikroorganismen etwas? Oder machen Pilze gar selbst Geräusche? „Eine Künstlerin hat mich darauf gebracht. Und nach dem anfänglichen Gedanken ‚So ein Quatsch!‘ habe ich ein Experiment entwickelt“, erzählt Rillig. Damit untersucht sein Team, ob Bodenlebewesen auf Geräusche reagieren. Für Regenwürmer gibt es dazu schon Forschungsansätze, für Pilze und andere Mikroorganismen nicht.

„Kreativität wird zu selten mit Wissenschaft verbunden. Ich versuche, möglichst neue Fragestellungen zu entwickeln. Nur dann ist Fortschritt möglich“, sagt Rillig. An seiner Seite forschen deshalb an dem komplizierten Versuchsaufbau – alles Marke Eigenbau – die FU-Biologin Stefanie Maaß gemeinsam mit dem Schweizer Klangkünstler und Umweltwissenschaftler Marcus Maeder. Auf den ersten Blick ist der Laborraum ein Durcheinander aus Lautsprechern, Kabeln und Messgeräten. „Für Pilze haben wir noch keinen Effekt gefunden. Aber vielleicht haben wir auch einfach noch nicht den richtigen Sound vorgespielt. Letztlich ist es auch Glück, ob wir zum Beispiel die richtige Wellenlänge finden“, sagt Rillig.

So ist das eben in der Wissenschaft: Auch das Scheitern gehört dazu. Nicht jedes Experiment führt zwangsläufig zu einer Publikation in einem anerkannten Journal. Und doch scheint die Motivation der Bodenforschenden für ihr Thema und das Engagement für den wissenschaftlichen Fortschritt ungebrochen. Die Erkenntnisse der letzten Jahre haben ihr Durchhaltevermögen belohnt – die herausragende Rolle der Artenvielfalt für die Bodenfunktionen ist unbestritten. ■

Mikroplastik, Lärmverschmutzung, Trockenstress: Im Interview erzählt Matthias Rillig, wie er die Auswirkungen des globalen Umweltwandels…