23.6.2020: Forschung CH

Umweltstörungen treffen grössere Arten stärker als kleinere

Les perturbations environnementales affectent plus fortement les espèces de grande taille


Claire Jacquet und Florian Altermatt

Um Ökosysteme zu schützen, ist es wichtig zu verstehen, wie Umweltstörungen (z.B. Waldbrände und Stürme) die Natur beeinflussen. Eine neue Studie zeigt, wie sich Häufigkeit und Intensität solcher Störungen auf kleinere und grössere Wasserlebewesen auswirken. Demnach sind grössere Arten stärker betroffen als kleine Arten, was die Grössenverteilung innerhalb ökologischer Gemeinschaften beeinflusst.

Pour protéger les écosystèmes, il est essentiel de comprendre comment les perturbations environnementales, feux de forêt ou cyclones par exemple, influencent la nature. Une nouvelle étude présente les conséquences que peuvent avoir la fréquence et l’intensité de telles perturbations sur les petits et grands organismes. Selon cette étude, les grandes espèces sont plus touchées que les petites, ce qui influence la répartition de la taille des espèces au sein des communautés.


texte français ci-dessous
Dass kleine Organismen häufiger sind als grosse, ist ein grundlegendes Merkmal von Ökosystemen. Diese sogenannte «ökologische Pyramide» findet sich in terrestrischen als auch in aquatischen Systemen. Die Auswirkungen der Fischerei auf die Häufigkeit von Arten unterschiedlicher Grösse in marinen Ökosystemen sind bekannt; für andere Umweltstörungen in aquatischen Systemen gibt es aber noch wenig Kenntnisse, wie sich diese auf die ökologische Pyramide auswirken.
Nun haben Forschende unter Laborbedingungen gezeigt, dass grössere Tiere viel stärker unter Umweltstörungen leiden als kleinere, was zu einer Veränderung der Grössenverteilung der Arten innerhalb von Ökosystemen führt. Das Team entwickelte zunächst ein mathematisches Modell, das die Biomasse von Ökosystemen schätzt, wenn diese Störungen von unterschiedlicher Häufigkeit und Intensität ausgesetzt sind. Die theoretischen Ergebnisse wurden dann im Labor überprüft. Dazu untersuchten die Forschenden aquatische Gemeinschaften, die aus 13 Protistenarten (Einzellern) und mehreren Süsswasserbakterienarten bestanden, deren Körper um mehrere Grössenordnungen variierten. Diese Mikrokosmen setzten sie unterschiedlich häufigen und starken Störungen aus, indem sie die Sterblichkeit innerhalb der Artgemeinschaften systematisch manipulierten. Auf diese Weise lassen sich natürliche Umweltstörungen nachahmen.
Die Laborergebnisse bestätigten die Vorhersagen des mathematischen Modells. Sie zeigten, dass seltener auftretende Störungen einen geringeren Einfluss auf die Form der ökologischen Pyramide aufweisen als solche, die häufiger oder mit höherer Intensität auftreten. Zudem gelang es kleinen Organismen jeweils besser, Störungen zu überstehen als grossen.
Die Wissenschaftler erklären diese Dynamik damit, dass sich kleine Tiere viel schneller vermehren als grosse, was bedeutet, dass die Zeit zwischen zwei Generationen kürzer ist. Die Reproduktionsrate bestimmt somit auch, wie schnell die Tiere auf Veränderungen ihrer Umwelt reagieren können. Dementsprechend brauchen grosse Tiere im Vergleich zu kleinen Tieren mehr Zeit zwischen zwei Störungsereignissen, um sich vollständig zu erholen.

Une caractéristique fondamentale des écosystèmes est que les petits animaux y sont plus nombreux que les grands. Ces « pyramides écologiques » se retrouvent à la fois dans les écosystèmes terrestres et aquatiques. Les conséquences de la pêche sur l’abondance des espèces de différentes tailles dans les écosystèmes marins sont bien connues, mais une compréhension générale n’existe pas encore pour les autres écosystèmes.
À présent, des chercheurs de l’Eawag et de l’Université de Zurich ont montré que les animaux de grande taille souffrent beaucoup plus des perturbations environnementales que ceux de petite taille, ce qui entraîne une modification de la répartition de la taille des espèces au sein des écosystèmes.
L'équipe a d’abord développé un modèle mathématique qui estime la biomasse des écosystèmes quand ils sont soumis à des perturbations de fréquence et d’intensité différentes. Les chercheurs ont ensuite vérifié les résultats théoriques en laboratoire. Pour ce faire, ils ont utilisé des communautés aquatiques composées de 13 espèces de protistes (organismes unicellulaires) et de bactéries d’eau douce, dont la taille variait de plusieurs ordres de grandeur. Ils ont soumis ces microcosmes à des perturbations de fréquence et d’intensité différentes, provoquant des pics ponctuels de mortalité des espèces, qui miment des perturbations naturelles telles que les feux de forêt ou les ouragans.
Les résultats en laboratoire ont validé les attentes du modèle mathématique. Ils ont permis de montrer que des perturbations rares exerçaient une influence moindre sur la forme des pyramides écologiques que celles plus fréquentes ou d’intensité plus forte. De plus, les organismes de petite taille réussissent mieux à survivre aux perturbations que ceux de grande taille.
Les scientifiques expliquent ces résultats de la manière suivante : les petits animaux se reproduisent beaucoup plus rapidement que les grands, ce qui signifie que le temps entre deux générations est plus court. Le taux de reproduction détermine également la rapidité avec laquelle les animaux peuvent réagir à un changement de leur environnement. Par conséquent, les populations de grands animaux ont besoin de plus de temps entre deux perturbations pour se rétablir complètement par rapport aux petits animaux.

Quelle: eawag

Keywords:
Ökologische Pyramide, Grösse von Organismen, Störungen, Klimawandel

Art der Publikation:
Fachpublikation

Literatur:
Jacquet C., Gounand I., Altermatt F. (2020): How pulse disturbances shape size‐abundance pyramids. Ecology Letters 23, 1014-1023
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ele.13508

PDF Link

Kontaktadresse:
Eawag, Abteilung Aquatische Ökologie, Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf
florian.altermatt@eawag.ch
Tel: +41 (0)58 765 5592


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