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Klimawandel verschärft Konkurrenz

ETH Zurich

Diese Pressemitteilung ist verfügbar auf Englisch.

Viele Pflanzen dürften in einem wärmeren Klima einen harten Stand haben. Dies vor allem, wenn ihnen neue Konkurrenz erwächst von Pflanzen, die ihren Lebensraum wegen der Klimaerwärmung in grössere Höhen ausdehnen, wie eine neue ETH-Studie zeigt.

Der Klimawandel geht ungebremst voran. Die Durchschnittstemperaturen steigen. Für viele Wildtiere und Pflanzen bedeutet dies, dass sie sich neue Lebensräume erschliessen müssen. Weil dabei neue Arten in bisher unbekannten Kombinationen zusammenkommen, dürften sich auch die ökologischen Wechselwirkungen stark verändern - mit bislang unerforschten Konsequenzen für einzelne Arten aber auch Lebensgemeinschaften.

Für Alpenpflanzen könnte das heissen, dass sie Konkurrenz erhalten von Pflanzen, die heute in tiefen Lagen vorkommen, aber, begünstigt durch den Klimawandel, irgendwann zu ihnen hochwandern.

In einer neuen Studie, die soeben in der Fachzeitschrift Nature publiziert wurde, zeigen die Pflanzenökologen Jake Alexander, Jeff Diez und ETH-Professor Jonathan Levine, erstmals empirisch auf, dass diese neuartige Konkurrenz ein entscheidender Faktor sein könnte.

Konkurrenzsituation in wärmerem Klima simuliert

Mit einem Experiment am Churer Hausberg, dem Calanda, fanden die Forscherinnen und Forscher heraus, dass Alpenpflanzen eine 3-Grad-Erwärmung des Klimas überleben, vorausgesetzt, dass sie es mit ihren gegenwärtigen alpinen Nachbarn zu tun haben. Wurden Alpenpflanzen hingegen mit einer Pflanzengesellschaft aus tieferen Lagen konfrontiert, sank ihre Überlebensrate um mehr als die Hälfte. Diejenigen, die der Konkurrenz standhielten, wuchsen schlechter und blühten weniger. «Das ist insofern bedeutend, als dass es zeigt, dass wir wissen müssen wer die Konkurrenten sind, wenn wir Wachstum und Vorkommen nach der Klimaerwärmung vorhersagen möchten», sagt Alexander. Er ist überzeugt, dass dieser Effekt durch den Wettbewerb ums Licht erklärt werden kann: «Pflanzen aus tieferen Lagen wachsen höher und ihre Blätter sind oft grösser. Dies erlaubt es ihnen, ihre alpinen Konkurrenten auszustechen.»

Ursprünglich gingen Ökologen davon aus, dass höhere Temperaturen den Alpenpflanzen zu schaffen machen. Alexander und seine Kollegen fanden jedoch, dass dieser direkte Effekt des Klimawandels sich nur selten negativ auf diese Arten auswirkte. «Der massgebende Effekt, der Alpenpflanzen das Leben in Zukunft schwer machen könnte, ist die Konkurrenz, insbesondere diejenige, die einwandernde Tieflandarten ausüben werden», sagt Alexander. Diese Erkenntnis trage zur wachsenden Zahl von Hinweisen bei, dass die sich verändernde Wechselwirkung zwischen Arten wichtiger ist als die direkte Wirkung der höheren Temperatur nach erfolgter Klimaerwärmung.

Verschiedene Szenarien testen

Das Experiment der ETH-Forscher ist das erste, das die Rolle von neuartiger Konkurrenz im Feld empirisch untersucht. Für die meisten Lebensräume kennen Wissenschaftler schlicht nicht, welche Arten sich in Zukunft begegnen werden. «Aber in den Bergen wissen wir es: Die künftige Konkurrenz von Alpenpflanzen lebt nur wenige hundert Meter hangabwärts», sagt ETH-Professor Jonathan Levine.

Für ihr aussergewöhnliches Experiment zügelten die Autoren der Studie vier charakteristische Pflanzenarten - die Frühlingsanemone, den Alpenwundklee, die Glänzende Skabiose und den Berg-Wegerich - von ihrem heutigen Standort auf einer Alpweide auf 2000 Meter über Meer 600 Höhenmeter hangabwärts. Dadurch simulierten die Forscher den für die Schweiz in 50 bis 100 Jahren erwarteten Anstieg der Durchschnittstemperatur von rund drei Grad. Die Pflanzen wurden einerseits in intakte Vegetation migriert, die in tieferen Lagen ansässig ist - ihre künftige Konkurrenz - , oder in Vegetation, die von der Alpweide - ihre heutige Konkurrenz - hinuntertransportiert wurde.

Weiter verwendeten die Wissenschaftler einen gleichen Ansatz, um die Konkurrenz zu simulieren, die die Alpenpflanzen erleben werden, wenn sie in wärmerem Klima selbst höher hinauf migrieren. Dazu verwendeten die Forscher intakte Vegetation aus der Gipfelregion des Calanda von 2600 Meter und zügelten diese auf die Alpweide, wo sie die vier Pflanzenarten einpflanzten.

Mit dieser komplexen Versuchsanordnung konnten die Forschenden verschiedene Szenarien testen: Erstens konnten sie Szenarien testen, in welchen Alpenpflanzen im wärmeren Klima an ihrem Standort verwurzelt bleiben und entweder von Arten aus dem Tiefland eingeholt werden oder weiterhin mit ihren heutigen Mitbewerbern konkurrieren. Weiter konnten Szenarien untersucht werden, bei denen die Alpenpflanzen hochwandern und auf hochalpine Pflanzengesellschaften oder ihre aktuellen Mitbewerber treffen.

Konkurrenzeffekt unerwartet deutlich

«Für Ökologen mit Kenntnissen von alpinen Lebensräumen dürfte der ausschliessliche Effekt der neuartigen Konkurrenz unter wärmerem Klima nicht überraschend sein», findet Alexander. Trotzdem seien sie überzeugt, dass ihre Resultate wichtig sind, um die Reaktion von Arten auf den Klimawandel vorauszusagen. «Die grosse Mehrheit der Voraussagen darüber, wo Arten künftig vorkommen, basieren auf der Annahme, dass die Identität der Konkurrenz keine Rolle spielt», ergänzt Jeff Diez, der als Postdoc bei Jonathan Levine die Studie durchführte und heute Professor an der UC Riverside ist. «Dass sich die Konkurrenz als massgebender Effekt herauskristallisiert und nicht wie bislang vermutet die höhere Temperatur, ist eine sehr wertvolle Entdeckung», sagt Alexander.

Neue Konkurrenten dürfen indessen nicht überall einen derart starken Einfluss haben: Die vier Fokusarten konnten sich in hochalpinen Pflanzengesellschaften gut halten, wahrscheinlich weil Vertreter dieser Höhenstufe ähnliche Blattmerkmale und Wuchsformen aufweisen.

Alexander ist es bewusst, dass die mit diesem Experiment durchgespielten Szenarien «extrem» seien. Die Vegetation werde sich in der Zukunft eher graduell ändern, denn nicht alle Pflanzen hätten dieselbe Ausbreitungsgeschwindigkeit. Realistischer, aber experimentell schwieriger zu überprüfen sei, dass neue Arten schrittweise hochwandern. Darüber hinaus konnten die ETH-Forschenden die Entwicklung der vier Alpenpflanzen nur gerade zwei Jahre lang beobachten. Dennoch gab diese Zeit genügend Hinweise darauf, welche massgebenden Faktoren in einer wärmeren Klimazukunft auf die Pflanzen einwirken und welche nicht. «Unsere Studie liefert einen der ersten empirischen Hinweis darauf, dass der Wettbewerb mit sich ausbreitenden Arten unbedingt einbezogen werden muss, wenn man die Reaktion von Pflanzen auf den Klimawandel voraussagen will», betont Alexander.

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Literaturhinweis

Alexander JM, Diez JM, Levine JM. Novel competitors shape species response to climate change. Nature, advanced online publication September 16th 2015. DOI: 10.1038/nature14952

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