Biodiversität im Wandel

Biodiversität im Wandel - Langzeitvorhaben der Akademie der Wissenschaften und der Literatur, Mainz

Das Projekt „Biodiversität im Wandel – Muster und Interaktionen pflanzlicher Vielfalt in gestörten und ungestörten Lebensräumen“ ist ein Langzeitvorhaben der Akademie der Wissenschaften und der Literatur, Mainz (gefördert bis Ende 2014 durch den Bund und das Land Nordrhein-Westfalen). Das Projekt ist seit 2002 am Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen, Uni-Bonn etabliert. Es untersucht die ungleiche Verteilung der Biodiversität auf globaler, kontinentaler und regionaler Ebene. Hauptziel des Vorhabens ist ein besseres Verständnis der räumlichen Muster von Biodiversität und der ihnen zu Grunde liegenden Prozesse sowie die Erarbeitung essentieller Wissens- und Datengrundlagen für naturschutzfachliche Bewertungen vor dem Hintergrund des globalen Wandels.
Für ein besseres Verständnis der verschiedenen Aspekte der Biodiversität und ihrer Beeinflussung durch den Menschen ist das Langzeitvorhaben in drei Teilvorhaben gegliedert:

• A     Räumliche Diversitätsmuster – Analyse und kartographische Darstellung von der Mesoskala bis zur globalen Ebene
• B    Inselberge – Diversitätssteuernde Mechanismen in natürlichen Vegetationsinseln und fragmentierten Lebensräumen
• C    Epiphyten als Struktur- und Interaktionselement der Diversität gestörter und ungestörter Tropenwälder

In den drei Teilvorhaben wird die Biodiversität anhand geeigneter Modellsysteme sowie auf unterschiedlichen Skalenebenen untersucht. Im Mittelpunkt steht dabei neben einem Verständnis grundlegender biodiversitätssteuernder Prozesse auch die Analyse der Auswirkungen des globalen Wandels auf die biologische Vielfalt.

Teilvorhaben A: Räumliche Diversitätsmuster – Analyse und kartographische Darstellung von der Mesoskala bis zur globalen Ebene

Die Analysen zur räumlichen Verteilung der globalen Artenvielfalt von Gefäßpflanzen wurden seit der Veröffentlichung der ersten Weltkarte der Pflanzendiversität (Barthlott et al. 1996) durch die Arbeitsgruppe (Link zur BIOMAPS-Homepage, Kartierungen) erheblich ausgeweitet und methodisch weiterentwickelt (vgl. Mutke et al. 2001, Mutke 2002, Kier et al. 2005). Insbesondere wurden auch die globalen Zentren der Biodiversität identifiziert (Barthlott et al. 2005, Mutke & Barthlott 2005).
Während der Projektarbeit wurde die Datenbasis für die globale Biodiversitätskartierung mehr als verdoppelt und durch klimabasierte Modellierungs- und Interpolationsverfahren ergänzt, um existierende Datenlücken zu schließen. Basierend auf einer Datenbank mit Einträgen zur Pflanzenvielfalt von mehr als 3000 geographischen Einheiten weltweit wurde die 1996 erstmalig erstellte Weltkarte der Artenvielfalt von Gefäßpflanzen (Barthlott et al. 1996) ständig verbessert (Barthlott et al. 2005, 2007). Auf der Grundlage der aufgebauten Datenbank wurden auch makroökologische Analysen zu klimatischen, landschaftlichen und historischen Determinanten pflanzlicher Artenvielfalt durchgeführt (u.a. Mutke & Barthlott 2005, Kreft & Jetz 2007). In Zusammenarbeit mit amerikanischen und mexikanischen Kollegen wurde der Zusammenhang zwischen den Artenvielfaltmustern verschiedener Artengruppen (z.B. Pflanzen-, Vögel-, Vertebraten-Diversität) untersucht (Jetz et al. 2009).

Seit Jahren werden im Nees-Institut die Kakteen als Modellfamilie analysiert. Sie besiedelt mit rund 1400 Arten die Trockengebiete (aber auch die Regenwälder) der Neuen Welt von Patagonien bis in das südliche Kanada. Die Areale der einzelnen Arten sind extrem gut dokumentiert. Sie wurden kartographisch erfasst und verarbeitet. In diesem Jahr gelang eine abschließende Analyse der Biogeographie und Biodiversität dieser Familie. Es handelt sich möglicherweise um die größte Pflanzen-Einzelgruppe, die jemals modellhaft untersucht worden ist.
Das im Jahr 2001 am Nees-Institut etablierte und vom BMBF geförderte BIOTA-Verbundprojekt „Analyse der Biodiversität Afrikas und Entwicklung nachhaltiger Schutzkonzepte unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Klimawandel und Landnutzung“ (www.nees.uni-bonn.de/biomaps/biota.html) wurde im Juni 2010 erfolgreich abgeschlossen. In diesem Projekt wurden kontinentweite Muster der afrikanischen Gefäßpflanzendiversität erfasst und ihre Beziehungen z.B. zur Vielfalt der abiotischen Faktoren (Geodiversität) analysiert (Küper et al. 2004, 2006, Linder et al. 2005, Kier et al. 2005, 2006). Modellierung und großräumige Analysen der Pflanzenvielfalt Afrikas unter Einbeziehung sozioökonomischer Parameter sowie angewandte Fragestellungen, wie z.B. der nachhaltigen Nutzung und des Schutzes der Biodiversität auf großräumiger Skala, wurden bearbeitet (Sommer 2008). Das aufgebaute „Biogeographische Informationssystem zur Afrikanischen Pflanzenvielfalt“ (BISAP) stellt mit über 350.000 Belegen zu mehr als 6.500 Arten die derzeit größte verfügbare Datenbank zur kontinentalen Pflanzenverbreitung Afrikas dar und repräsentiert etwa 10-15% der afrikanischen Flora.
Der erwartete zukünftige Klimawandel und die zunehmende menschliche Landnahme stellen besondere Ansprüche an nachhaltige Naturschutzstrategien. Ein wichtiger erster Schritt stellt dabei die Abschätzung der potentiellen Dynamik von Biodiversität unter dem Einfluss verschiedener Szenarien des globalen Klimawandels dar (Sommer et al. 2010).
Das ostafrikanische Hochland gilt als Konfliktraum zwischen Biodiversität und menschlichem Einfluss (Biodiversity Hotspot nach Conservation International). Insbesondere Rwanda ist mit 300 Einwohnern pro km2 eine der dichtbevölkerten Regionen Ostafrikas. Zahlreiche Probleme, die aus der Übernutzung der natürlichen Ressourcen resultieren, sind hier geradezu exemplarisch ausgebildet: Artenschwund, Habitatfragmentierung, Bodendegradation etc.
Um  das Ausmaß der Veränderungen der Biodiversität durch den menschlichen Einfluss in dichtbesiedelten und hochdiversen Regionen Ostafrikas als Grundlage der Erarbeitung von Konzepten zum Schutz und zur nachhaltigen Nutzung der Biodiversität feststellen zu können, wurde im Herbst 2009 ein neues BMU-Projekt in Rwanda etabliert (Link zur Homepage Prof. E. Fischer).
Umfangreiche Untersuchungen in den Bereichen Taxonomie, Biodiversitätskartierung und Naturschutz finden auch auf nationaler Ebene, v.a. zur Diversität der Familie der Bromeliaceae (Arbeitsgruppe Pierre Ibisch), in Bolivien statt. In Zusammenarbeit mit der Fundación Amigos de la Naturaleza (FAN Bolivia) wurde eine neuartige Methodik zur nationalen Schutzgebietsplanung entwickelt. Die Anwendung des entsprechenden Ansatzes wird derzeit auch in weiteren Regionen erprobt (Prokletije, Montenegro/Albanien) bzw. diskutiert (China, Vorstellung im Rahmen eines GTZ-Workshops, Pilotregion Jiangxi, im Oktober 2009). Im Rahmen eines DBU geförderten Projektes werden im Karpaten-Biosphärenreservat (u.a. UNESCO-Weltnaturerbe "Buchenurwälder") mit Bezug zum deutschen Weltnaturerbegebiet („Alte Buchenwälder Deutschlands“) wissenschaftliche Konzepte einer modernen Managementplanung erarbeitet (http://www.hnee.de/ibisch). Die Ergebnisse des mit dem ukrainischen Karpatenbiosphärenreservat durchgeführt Vorhabens wurden in Buchform publiziert (Ibisch et al. 2011).

Teilvorhaben B: Inselberge – Diversitätssteuernde Mechanismen in natürlichen Vegetationsinseln und fragmentierten Lebensräumen

Inselberge tragen als mikroklimatische und edaphische Inseln eine von der Umgebung stark abweichende Vegetation. Sie erlauben als fragmentierte und sehr alte Habitate modellhaft Einblicke in die Rolle deterministischer Prozesse und stochastischer Einflüsse als diversitätssteuernde Mechanismen in tropischen Lebensgemeinschaften. Als Arbeitsgebiete wurden Westafrika (Äquatorial-Guinea, Côte d'Ivoire, Bénin, Kamerun, Angola), Madagaskar und Australien ausgewählt. Die Studien sind die Fortsetzung der Arbeiten von Barthlott und Porembski in Westafrika (u.a. Bénin, Côte d'Ivoire, Guinea) und Südamerika (Venezuela, Brasilien, Französisch Guayana). Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen die Ökologie austrocknungstoleranter Cyperaceen (Afrotrilepis pilosa und Microdracoides squamosus) und karnivorer Pflanzen (insbesondere Lentibulariaceae). Am Beispiel von Microdracoides squamosus erfolgen Studien zur Differenzierung geographisch isolierter Populationen auch mit Hilfe molekularer Methoden. Die Anzahl austrocknungstoleranter Gefäßpflanzenarten wurde bisher auf ca. 330 geschätzt. Unsere Studien zeigen, dass stattdessen von mindestens 1.500 austrocknungstoleranten Gefäßpflanzenarten auszugehen ist. Hierbei spielen insbesondere verschiedene Farngruppen (u.a. Hautfarne) eine große Rolle, die sowohl epilithisch wie auch epiphytisch wachsen. Die Arbeiten an austrocknungstoleranten Dikotylen konzentrieren sich auf die Gattung Myrothamnus. Hierbei erfolgen Arbeiten zur Populationsdifferenzierung in der sambesischen Region Afrikas und auf Madagaskar (http://www.biologie.uni-rostock.de/abt/botanik/botanik.html).

Teilvorhaben C: Epiphyten als Struktur- und Interaktionselement der Diversität gestörter und ungestörter Tropenwälder

Epiphyten sind als nicht-parasitische Aufsitzerpflanzen charakteristische und artenreiche Elemente der Vegetation tropischer Gebiete. Weltweit sind etwa 10% aller Gefäßpflanzen Epiphyten, in vielen Ländern stellen diese sogar einen erheblich größeren Anteil an der Phytodiversität (Ecuador: 26%). Die Mehrzahl der extrem artenreichen Orchideen (ca. 75%) und etwa 50% aller Bromelien lebt epiphytisch. Das 2005 begonnene DFG-Projekt „Tropische Epiphytendiversität in natürlicher und anthropogen beeinflusster Vegetation“ (Barthlott, Nieder & Köster) wurde 2009 abgeschlossen (Köster et al. 2009).
Der Projektmitarbeiter Prof. Dr. Eberhard Fischer (Link zur Homepage Prof. E. Fischer) untersucht nunmehr die Epiphyten-Flora ostafrikanischer Gebirgssysteme in Rwanda (neues BMU-Projekt), Kenya und in Madagaskar, ergänzt durch Untersuchungen des anderen Projektmitarbeiters  Prof. Dr. Stefan Porembski in Nigeria. In Ostafrika werden erste Daten zur Epiphytenflora in zwei Regenwaldgebieten, dem Kakamega-Forest in Kenya und dem Budongo-Forest in Uganda, erhoben. Diese Untersuchungen sollen auf Mt. Kenya und im Nyungwe Nationalpark in Rwanda ausgeweitet werden.
Weitere Arbeiten im Rahmen des Langzeitvorhabens „Biodiversität im Wandel“:

• Anpassung der Biodiversitätserhaltung an den globalen Wandel am Beispiel der Gebirgsökoregion der Karpaten (Ibisch) (neues DBU-Projekt) (http://www.hnee.de/ibisch). 
• Taxonomie, Systematik und Evolution der Blütenpflanzen; Biogeographie und Phylogenie der Cactaceae (Biogeography and Biodiversity of Cacti; Authors: Barthlott, W., K. Burstedde, J.L. Geffert, P. Ibisch, N. Korotkova, J. Mutke, A. Stein, N. Taylor & D. Hunt)
• Analysen zur Evolution und Systematik epiphytischer Kakteen (Barthlott, Korotkova).
• Raum-zeitliche Veränderungen der Flora und Vegetation auf Madagaskar - eine Analyse der 50 Jahre Fotodokumentationen von Prof. Dr. Werner Rauh (Barthlott, Porembski, Fischer, Rafiqpoor).
• Funktionelle Diversität der Oberflächenstrukturen von Pflanzen (Barthlott, Schulte, Mayser, Mail, Roden)
• Seed coat architecture and classification of Orchidaceae (Barthlott, Große-Veldmann, Korotkova).
• Eco-climate classification based on eco-physiological features of the global vegetation cover (Rafiqpoor, Barthlott, Kreft).
• Checklist of the Flora of Afghanistan as a Biodiversity hotspot in the Near East (Rafiqpoor, Breckle, Hedge).

Ausgewählte Literatur

Copyright © Uni Bonn | Created by: Michael Krug | Dec 15, 2010