10.12.2015: Forschung international

Jede Art zählt

Chaque espèce compte


Ingo Fetzer et al.

Der Zusammenhang zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen hängt wesentlich von den vorherrschenden Umweltbedingungen ab. Diese Hypothese hat nun ein interdisziplinäres Team aus Mikrobiologen und ökologischen Modellierern überprüft. Im Rahmen von Laborexperimenten konnte gezeigt werden, dass Arten, die bei günstigen Umweltbedingungen für das Funktionieren eines Ökosystems eine Nebenrolle spielen, unter ungünstigen Umweltbedingungen eine Schlüsselfunktion übernehmen können – in Zeiten des Klimawandels ein weiteres Argument für die Erhaltung der biologischen Vielfalt.

La relation entre la biodiversité et les fonctions des écosystèmes dépend pour l’essentiel des conditions environnementales régnantes. Cette hypothèse a été testée par un groupe interdisciplinaire de microbiologistes et de modélisateurs en écologie. Dans le cadre d’expériences en laboratoire, ils ont pu montré que des espèces qui jouent un rôle secondaire dans le fonctionnement des écosystèmes dans des conditions favorables peuvent endosser un rôle clé dans des conditions défavorables; un argument de plus à l’époque du changement climatique en faveur de la conservation de la diversité biologique.


Dass biologische Vielfalt Prozesse in einem Ökosystem, wie etwa den Aufbau von Biomasse oder den Ablauf von Stoffwechselprozessen fördert, ist lange bekannt. Man weiss aber auch, dass sich mehrere Arten in Bezug auf ihre Aufgaben im Ökosystem überschneiden können und somit funktionell redundant sind. Würden also nur redundante Arten verloren gehen, könnten die ökologischen Prozesse weiter aufrechterhalten bleiben. Fallen jedoch essenzielle Arten im ökologischen Gefüge aus, deren Rolle nicht durch andere kompensiert werden kann, werden diese Prozesse beeinträchtigt.
Mittlerweile weiss man, dass dieser Zusammenhang entscheidend von den jeweiligen Umweltbedingungen abhängig ist. So können Arten unter guten Umweltbedingungen durchaus redundant sein – das Bild kann sich aber sehr schnell ändern, wenn sich die vorherrschenden Bedingungen verschlechtern. Dann können einzelne Arten plötzlich ganz neue Rollen im ökologischen Gefüge einnehmen und so die Prozesse im Ökosystem am Laufen halten.
Untersucht haben die Wissenschaftler diese Zusammenhänge an mikrobiellen Artengemeinschaften. In umfangreichen Laborexperimenten setzten sie fast 900 Mikroben-Mischungen mit unterschiedlicher Artenzahl und -zusammensetzung drei verschiedenen Umweltbedingungen aus – von guten Bedingungen, unter denen viele der Organismen gedeihen, über weniger gute bis hin zu schlechten Bedingungen mit sehr hoher Salzkonzentration. Als exemplarischen ökologischen Prozess beobachteten sie, wieviel Biomasse die einzelnen Artengemeinschaften produzierten.
Es zeigte sich, dass unter den drei Szenarien jeweils umso mehr Biomasse gebildet wurde, je höher die Artenvielfalt im Modell-Ökosystem war. Besonders spannend dabei: Keine der eingesetzten Arten konnte unter schlechten Bedingungen auf sich allein gestellt wachsen; kamen jedoch bestimmte weitere Arten dazu, so setzte plötzlich die Produktion ein. Der Grund dafür kann darin liegen, dass ein artenreiches Ökosystem Arten bereithält, die nach Umweltveränderungen innert kurzer Zeit wichtige Schlüsselfunktionen einnehmen können. Vor allem bietet es auch die Grundlage für neue entscheidende Wechselbeziehungen zwischen den Arten.
Um solche grundsätzlichen Fragen der Ökologie zu untersuchen, sind Laborversuche mit Mikroorganismen besonders geeignet: Die Forscher können so eine grosse Anzahl von Experimenten mit vielen Wiederholungen auf kleinstem Raum durchführen und die Versuchsbedingungen dabei leichter kontrollieren und vergleichbar halten, als bei einem Feldversuch. Ob sich diese Erkenntnisse auf höhere Organismen, Tier- und Pflanzengemeinschaften, übertragen lassen, müssen nun weitere Untersuchungen zeigen.
Entscheidend ist die Erkenntnis, dass der Wert der Biodiversität nicht nur unter günstigen äusseren Umständen bewertet werden darf, sondern vor allem unter schwierigen. In Zeiten des Klimawandels ein wichtiges Argument für den Erhalt der biologischen Vielfalt und den Erhalt jeder einzelnen Art.
Untersucht haben die Wissenschaftler diese Zusammenhänge an mikrobiellen Artengemeinschaften. In umfangreichen Laborexperimenten setzten sie fast 900 Mikroben-Mischungen mit unterschiedlicher Artenzahl und -zusammensetzung drei verschiedenen Umweltbedingungen aus – von guten Bedingungen, unter denen viele der Organismen gedeihen, über weniger gute bis hin zu schlechten Bedingungen mit sehr hoher Salzkonzentration. Als exemplarischen ökologischen Prozess beobachteten sie, wieviel Biomasse die einzelnen Artengemeinschaften produzierten.
Es zeigte sich, dass unter den drei Szenarien jeweils umso mehr Biomasse gebildet wurde, je höher die Artenvielfalt im Modell-Ökosystem war. Besonders spannend dabei: Keine der eingesetzten Arten konnte unter schlechten Bedingungen auf sich allein gestellt wachsen; kamen jedoch bestimmte weitere Arten dazu, so setzte plötzlich die Produktion ein. Der Grund dafür kann darin liegen, dass ein artenreiches Ökosystem Arten bereithält, die nach Umweltveränderungen plötzlich wichtige Schlüsselfunktionen einnehmen können. Vor allem bietet es auch die Grundlage für neue entscheidende Wechselbeziehungen zwischen den Arten. Beispielsweise können die Stoffwechselprodukte der einen Art durch eine andere genutzt werden.
Um solche grundsätzlichen Fragen der Ökologie zu untersuchen, sind Laborversuche mit Mikroorganismen besonders geeignet: Die Forscher können so eine grosse Anzahl von Experimenten mit vielen Wiederholungen auf kleinstem Raum durchführen und die Versuchsbedingungen dabei leichter kontrollieren und vergleichbar halten, als bei einem Feldversuch. Ob sich diese Erkenntnisse auf höhere Organismen, Tier- und Pflanzengemeinschaften, übertragen lassen, müssen nun weitere Untersuchungen zeigen.
Entscheidend ist die Erkenntnis, dass der Wert der Biodiversität nicht nur unter günstigen äusseren Umständen bewertet werden darf, sondern vor allem unter schwierigen. In Zeiten des Klimawandels ein wichtiges Argument für den Erhalt der biologischen Vielfalt und den Erhalt jeder einzelnen Art.

Quelle: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ


Keywords:
Ökosystemleistung, Umweltbedingungen, Produktion

Art der Publikation:
Fachpublikation

Literatur:
Fetzer I. et al. (2015): The extent of functional redundancy changes as species’ roles shift in different environments. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1505587112
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1505587112

Kontaktadresse:
Dr. Antonis Chatzinotas
UFZ-Department für Umweltmikrobiologie
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH
Permoserstrasse 15
D-04318 Leipzig

antonis.chatzinotas@ufz.de
Tel: +49 (0)34 12 35 13 24



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