Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme besser vorhersagen

Leipzig. Durch den Klimawandel werden sich unsere Ökosysteme verändern. Mithilfe von ökologischen Modellen versuchen Forscher vorherzusagen, mit welchen Veränderungen wir rechnen müssen. Bislang gelingt das aber noch nicht präzise genug. Ein internationales Team unter Beteiligung von Forschern des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) sowie des Deutschen Zentrums für Integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) ging deshalb der Frage nach, wie die Vorhersagekraft der Modelle verbessert werden kann. Ihre Empfehlungen sind in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Science“ zusammengefasst. Der Klimawandel wird weitreichende Folgen für die Ökosysteme unserer Erde haben. Wie die Ökosysteme reagieren und sich verändern werden, weiß man aber noch nicht genau. „Welche Artenzusammensetzung zukünftige Ökosysteme haben, und wie sich ihre Funktionen und Versorgungsleistungen für den Menschen verändern werden, das sind Fragen, die wir bisher nur unzureichend beantworten können“, sagt Dr. Karin Johst vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ). „Das liegt daran, dass in den heutigen ökologischen Modellen wichtige biologische Prozesse und Mechanismen noch zu wenig berücksichtigt sind: Nur 23 Prozent der untersuchten wissenschaftlichen Studien beziehen bislang biologische Mechanismen ein.“

Im Rahmen der Synthese-Arbeitsgruppe sRangeShifter am iDiv hat ein internationales Wissenschaftlerteam sechs biologische Schlüsselmechanismen identifiziert, die in zukünftige sogenannte prozessbasierte ökologische Modelle einbezogen werden sollten, um ihre Vorhersagekraft zu verbessern.
„Ein Schlüsselmechanismus bezieht sich auf die Ausbreitung von Arten, also ob und wie schnell eine Art unter veränderten Umweltbedingungen in einen für sie günstigeren Lebensraum gelangen kann“, erklärt Dr. Guy Pe’er, ein weiterer beteiligter Wissenschaftler des UFZ. „Was neben der Fähigkeit zur Ausbreitung aber auch berücksichtigt werden muss, ist ein zweiter Schlüsselmechanismus – die Wechselwirkungen mit anderen Arten. Denn wenn zum Beispiel ein Schmetterling für die Eiablage auf eine bestimmte Wirtspflanze angewiesen ist, die es vielleicht nicht oder noch nicht bis in den neuen Lebensraum geschafft hat, würde er dort nicht überleben.“ Außer – und hier kommt ein dritter Schlüsselmechanismus, die Evolution, ins Spiel – er könnte sich an eine neue Wirtspflanze anpassen.

Klimaänderungen wie beispielsweise Erwärmung, schwankende Niederschläge oder vermehrte Trockenheit können sich aber auch auf das Lebensalter oder die Anzahl der Nachkommen (Schlüsselmechanismus 4: Demografie) einer Art auswirken oder auf den Energiehaushalt, wenn etwa vermehrt Energie für die Wärmeregulation oder die Suche nach rar gewordener Nahrung benötigt wird (Schlüsselmechanismus 5: Physiologie). Und sich ändernde sogenannte abiotische Umweltbedingungen (Schlüsselmechanismus 6) wie Temperatur, Feuchtigkeit oder Verfügbarkeit von Nährstoffen haben von Art zu Art ganz unterschiedliche Auswirkungen. „Wir wissen, dass bestimmte biologische Mechanismen eine besondere Rolle spielen, wenn  Arten unterschiedlich auf den Klimawandel reagieren. Deshalb müssen wir diese Mechanismen in unsere Vorhersagemodelle  einbauen “, sagt Prof. Mark C. Urban von der amerikanischen Universität Connecticut, unter dessen Leitung die Ergebnisse des Workshops im Fachmagazin Science publiziert wurden.
Ökosysteme sind hochkomplexe Gebilde, deren Funktion von dem Zusammenspiel abiotischer Umweltbedingungen und biologischer Prozesse und Mechanismen abhängig ist. Durch Einbeziehung der Schlüsselmechanismen in zukünftige Modellberechnungen kann man diese Zusammenhänge besser verstehen und präzisere Vorhersagen darüber machen, wie sich Ökosysteme durch den Klimawandel verändern werden – in ihrer Artenstruktur und den sich daraus ergebenden Ökosystemfunktionen. Bis dahin ist es jedoch noch ein weiter Weg, denn es fehlen an vielen Stellen die Daten, um solche prozessbasierten Modelle zu füttern. Gegenwärtig beschränkt sich das Sammeln von Daten vor allem darauf, die ökologischen Auswirkungen des Klimawandels zu erfassen wie zum Beispiel das Aussterben von Arten oder die Invasion von Fremdarten. Diese Art von Daten ist aber nicht ausreichend für die genannten Schlüsselmechanismen und für Vorhersagen. Eine global koordinierte Sammlung der erforderlichen biologischen Informationen – parallel zur Modellentwicklung und -analyse – könnte nach Meinung der Wissenschaftler entscheidend dazu beitragen, die Datenlücken zu schließen, die ökologische Modellierung voranbringen und ihre Vorhersagekraft deutlich stärken. „Wir sollten uns ein Beispiel an der Klimamodellentwicklung nehmen, die in den vergangenen Jahrzehnten durch eine ähnliche Herangehensweise die Vorhersage von Klimaveränderungen deutlich verbessern konnte“, sagt Pe’er.

Erst wenn wir wissen, wie die Ökosysteme auf die Klimaveränderungen in ihrer Struktur und Versorgungsleistung reagieren, können wir ökologisch und ökonomisch sinnvolle Maßnahmen zu deren Schutz ergreifen, und dafür sorgen, dass sie als unsere Lebensgrundlage mit all ihren Funktionen erhalten werden.   Publikation:
Improving the forecast for biodiversity under climate change: M.C. Urban, G. Bocedi, A.P. Hendry, J.-B. Mihoub, G. Pe'er, A. Singer, J.R. Bridle, L.G. Crozier, L. De Meester, W. Godsoe, A. Gonzalez, J.J. Hellmann, R.D. Holt, A. Huth, K. Johst, C.B. Krug, P.W. Leadley, S.C.F. Palmer, J.H. Pantel, A. Schmitz, P.A. Zollner, & J.M.J. Travis; Science 9-sep-2016.http://dx.doi.org/10.1126/science.aad8466 Die Studie wurde unterstützt u.a. durch das Deutsche Zentrum für Integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und das internationale Forschungsprogramm DIVERSITAS.Ansprechpartner:
Dr. Karin Johst
UFZ-Department Ökologische Systemanalyse
http://www.ufz.de/index.php?en=36526
&
Dr. Guy Pe'er
UFZ-Department Naturschutzforschung
https://www.ufz.de/index.php?de=38961
Tel.: +49 341 235 1643 Further links:
Prof. Mark Urban (Universität Connecticut), Leitautor des Science-papers, spricht über die Voraussetzungen, die eine bessere Vorhersage der Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme ermöglichen: https://dropbox.uconn.edu/dropbox?d=1&n=Mark%20Urban%20Arctic%20Grayling%20v.7.mp4&p=WQcCXDsEBc8Lppp1i
Internetseite der iDiv-Synthese-Arbeitsgruppe: sRangeShifter - Synthesising population, community, genetic and evolutionary dynamics in a simulation platform: a tool for theory and application: https://www.idiv.de/rangeshifter UFZ-Forschungsschwerpunkt „Neue Ökosysteme – Funktionelle Dynamik unter den Bedingungen des Klimawandels“:  http://www.ufz.de/index.php?en=36009