Wie entsteht (hohe) Biodiversität?

Im Wintersemester beantworten ForscherInnen der Uni Wien aus ihrem jeweiligen fachlichen Blickwinkel die Frage: Wie schützen wir die Artenvielfalt? Biodiversitätsforscher Konrad Fiedler erklärt, warum es überhaupt so viele Arten gibt und was wir daraus für die aktuelle Biodiversitätskrise lernen.

Seit über zehn Jahren diskutieren WissenschafterInnen, dass sich derzeit – im Anthropozän – das sechste Massenaussterben der Erdgeschichte ereignet. Ob am Land oder im Wasser, ob Pflanzen, Tiere oder Pilze: Organismenarten sterben weitaus zahlreicher aus als während der massiven Klimaschwankungen des Eiszeitalters. Auch wenn über das absolute Ausmaß des Artenverlustes noch kein Konsensus besteht, sind allein die stetig wachsenden "Roten Listen" im Bestand bedrohter Arten ein Alarmsignal, dass große Teile der heutigen Biodiversität in wenigen Jahrzehnten verschwunden sein könnten.

Welche Konsequenzen dies für die Ökosysteme der Erde und die Menschheit hat und welche Maßnahmen zum Gegensteuern ergriffen werden könnten, werden in den kommenden Monaten Beiträge zur aktuellen Semesterfrage aus verschiedensten Perspektiven beleuchten. Ich möchte heute einen anderen Blickwinkel einnehmen: Wie, unter welchen Bedingungen, ist die heutige hohe Biodiversität überhaupt entstanden?

Die beiden Motoren der Biodiversität: Umweltvielfalt …

Leben gibt es auf der Erde seit über 3,5 Milliarden Jahren. Die Vielfalt des Lebens nahm dabei nicht kontinuierlich zu, sondern wurde immer wieder durch Massenextinktionen zurückgesetzt. Weithin bekannt ist etwa der Einschlag des Chicxulub-Meteoriten, der am Ende der Kreidezeit das Aussterben der Dinosaurier mitverursachte. Zwischen diesen Massenextinktionen nahm die Vielfalt des Lebens aber jedes Mal wieder zu und erreichte bis zum Beginn des Anthropozäns ein vorläufiges Maximum.

Zwei Faktoren spielen bei der Herausbildung einer hohen Artenvielfalt eine besondere Rolle. Einerseits ist dies die Heterogenität der Umwelt: Je vielfältiger die Umweltbedingungen in einem Raum sind, ob dies physikalische Aspekte wie Temperatur, Niederschlag und Bodeneigenschaften betrifft oder die Ressourcen, die den Organismen zur Verfügung stehen, desto mehr verschiedene Arten können sich dort etablieren. Hintergrund dafür ist das Konzept der "ökologischen Nische". Jeder Organismus kann – entlang jeder Dimension seiner Umwelt – nur in einem bestimmten Ausschnitt gut gedeihen. Kommt nun noch Konkurrenz um begrenzte Ressourcen hinzu, wird der Organismus nur in einem mehr oder weniger engen Bereich von Umweltbedingungen überleben und sich erfolgreich fortpflanzen können.

Der tropische Bergregenwald in den Anden Süd-Ecuadors ist einer der absoluten globalen "Hotspots" der Biodiversität, begünstigt durch enormen Strukturreichtum der Lebensräume und topographische Heterogenität der Region. (© Konrad Fiedler)

Im Laufe der Evolution spezialisieren sich daher Organismen vielfach, weil mit Spezialisierung oft eine Steigerung der Effizienz der Lebensprozesse und des Fortpflanzungserfolges einhergeht. Je heterogener die Umwelt in einer Region ist, umso mehr verschiedene ökologische Nischen können sich dort herausbilden und besetzt werden. Daher sind beispielsweise die sogenannten "Hotspots" der Biodiversität (geographische Regionen mit ungewöhnlich hoher Artendichte) vielfach in Gebirgsregionen angesiedelt, wo das komplexe Relief der Landschaft und die damit einhergehende kleinräumige Vielfalt an Umweltbedingungen die Koexistenz vieler Organismenarten begünstigt.


… und Interaktion zwischen Arten

Der zweite wichtige Motor der Biodiversität sind Interaktionen zwischen den Organismen selbst. Alle Tiere und Pilze sind beispielsweise auf Nahrung angewiesen, die sie von autotrophen Organismen beziehen müssen, also von Pflanzen oder Bakterien, die mittels Photo- oder Chemosynthese organische Substanz aus anorganischer Materie aufbauen können. Pflanzen ihrerseits interagieren in vielfacher Weise mit Tieren: Sie werden von Tieren befressen, zugleich dienen andere Tierarten als Bestäuber oder Samenverbreiter.

Wechselwirkungen zwischen Organismen können verschiedene Arten miteinander verknüpfen, was die Entfaltung der Biodiversität weiter antreibt. Hier ein Beispiel von Mimikry: li. ein durch Blausäure-Glykoside vor Fressfeinden geschütztes "Veränderliches Widderchen" (Zygaena ephialtes), rechts sein Nachahmer, das stammesgeschichtlich weit entfernte Weißfleckwidderchen (Amata phegea). (© Konrad Fiedler)

Hinzu kommen vielfältige Pflanze-Pilz-Interaktionen, wie etwa Mykorrhiza an den Wurzeln als wichtiger Mechanismus der Nährstoffaufnahme, genauso aber auch Pilze, die als Parasiten Pflanzen schädigen. Und ausnahmslos alle vielzelligen Organismen interagieren mit einer nachgerade unüberschaubaren Vielfalt von Bakterien, Archäen und Viren. Interaktionen der Organismen untereinander führen daher zur Entstehung extrem komplexer Netzwerke in Ökosystemen. Dabei wächst die Zahl potenzieller Verbindungen in solchen Netzwerken enorm mit der Artenzahl an.

Vielfach haben sich im Laufe der Koevolution zwischen Organismenarten extreme Spezialisierungen herausgebildet: parasitische Tiere oder Pilze, die nur eine Wirtart befallen können, oder Pflanzen, die einen spezifischen Bestäuber zur Reproduktion benötigen. Koevolution trägt also dazu bei, dass sich dort, wo schon eine hohe Biodiversität besteht, diese im Laufe der Zeit über positive Rückkopplungen noch weiter steigern kann. Diversity begets diversity.

Artenschutz im Alltag – Tipp von Konrad Fiedler
"Lassen wir Heterogenität zu! Dazu gehört, im Garten ein wenig 'Unordnung' zu tolerieren, oder im öffentlichen Raum 'Gstätten'. Selbst kleine Ecken und Flächen in der Kulturlandschaft können als Refugien für viele Organismen überlebenswichtig sein!"
Alle Antworten und Beiträge zur Semesterfrage finden Sie hier!

Was das für die aktuelle Biodiversitätskrise bedeutet

Aus diesen zwei Faktoren ergeben sich unmittelbare Folgerungen für die aktuelle Biodiversitätskrise. Zum einen ist es essenziell, die globale Homogenisierung der Lebensräume durch intensive Landnutzung so zu steuern, dass ausreichend Refugien verbleiben, in denen Organismen überdauern können, um auch in einer immer stärker anthropogen überformten Biosphäre noch überleben zu können. Erhaltung oder Restauration von Umweltheterogenität ist daher eine grundlegende Strategie zur Förderung der Biodiversität.

Heterogenität in der Landnutzung steigert Biodiversität. Dieser Kronwicken-Bläuling (Plebejus argyrognomon) profitiert von extensiver Grasland-Nutzung und benötigt Randstreifen, Gebüschsäume und ähnliche Strukturen, um in der Kulturlandschaft überleben zu können. (© Konrad Fiedler)

Zum anderen bedeuten die ungemein komplexen ökologischen Interaktionsnetzwerke zwischen Organismen, dass das Aussterben einzelner Arten ungeahnte Wellen von "Koextinktionen" nach sich ziehen kann, wenn beispielsweise Arten aus Ökosystemen verschwinden, die einer großen Zahl anderer Organismen als Ressource oder Partner dienen.

Konrad Fiedler ist Leiter des Departments für Botanik und Biodiversitätsforschung an der Fakultät für Lebenswissenschaften der Universität Wien. Im Zentrum seines wissenschaftlichen Interesses steht die Frage nach den Ursachen der biologischen Vielfalt; schwerpunktmäßig forscht er zu Tagschmetterlingen und Nachtfaltern und ihren komplexen Beziehungen zu Pflanzen.

Aktuelle Event-Tipps zum Thema Biodiversität
Waldweben – Waldregen: Bilder aus dem Regenwald der Österreicher, Costa Rica – Benefizausstellung zugunsten des Korridorprojekts COBIGA (Vernissage: 16. Oktober 2019, 17:15 Uhr; Ausstellung: 17. Oktober bis 15. November 2019)
"Wissenschaft an der Tropenstation La Gamba" – Symposium zur Österreichischen Tropenforschung  (28. November 2019, 13:00 Uhr)
Vortragsreihe zur Semesterfrage im Science Programm der Wiener Volkshochschulen mit zahlreichen ExpertInnen der Uni Wien (Start: 7. Oktober 2019)
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