Biodiversität – Vielfalt des Lebens
Als Biodiversität bezeichnet die Biodiversitätskonvention der Vereinten Nationen die Vielfalt aller lebenden Organismen, Lebensräume und Ökosysteme auf dem Land, im Süßwasser, in den Ozeanen sowie in der Luft. Biodiversität beinhaltet
- die Vielfalt unterschiedlicher Arten als auch innerhalb einer Art (taxonomische Diversität)
- die genetische Vielfalt innerhalb einzelner Arten sowie die Diversität aller Organismen eines Lebensraums (genetische Diversität)
- die Vielfalt an Biotopen und Ökosystemen sowie an Ökosystemfunktionen wie Bestäubung und Samenverbreitung (ökologische und funktionale Diversität)
- die Vielfalt an Verhaltensweisen von Tieren (kulturelle Vielfalt)
Begriffe wie Artenvielfalt oder biologische Vielfalt werden häufig synonym verwendet. Laut der obigen Definition ist das Konzept der Biodiversität jedoch umfassender als der Begriff der Artenvielfalt. Dieser ist lediglich ein Maß für die Anzahl an Arten. Artenvielfalt ist also strenggenommen nur ein Teilaspekt der Biodiversität.
Das BioDiversum in Göttingen
Das sechste Massenaussterben
Fast überall auf der Erde geht die Biodiversität zurück. Der Verlust betrifft einerseits die Vielfalt an Arten:
- Von knapp 97.000 Tier- und Pflanzenarten auf der Roten Liste der Weltnaturschutzunion IUCN sind im Jahr 2018 27.000 vom Aussterben bedroht
- Wissenschaftler haben berechnet, dass heute jedes Jahr hundertmal mehr Wirbeltiere aussterben als unter normalen Bedingungen ohne Einfluss des Menschen. So sind seit dem Jahr 1500 etwa 600 Wirbeltierarten in der Natur ausgestorben, davon rund 500 seit 1900. In den letzten hundert Jahren sind so viele Vogelarten verschwunden wie in den 3000 Jahren zuvor.
Aber nicht nur Arten sterben aus, auch die Häufigkeit von Organismen nimmt ab. Drei Studien zeigen deutlich, wie dramatisch der Rückgang an genetischer Biodiversität weltweit ist:
- Heute leben 60 Prozent weniger Wirbeltiere auf der Erde als noch 1970. In Süd- und Mittelamerika beträgt der Rückgang sogar fast 90 Prozent.
- Die Menge an Fluginsekten in Deutschland ist seit 1989 um mindestens 75 Prozent zurückgegangen.
- Die Insektenbiomasse in einem Regenwaldgebiet in Puerto Rico ist zwischen 1976 und 2012 um das 10- bis 60-Fache geschrumpft. Parallel dazu ist die Menge an insektenfressenden Vögeln, Eidechsen und Fröschen stark gesunken.
Warum brauchen wir Biodiversität?
Biodiversität wird gemeinhin als etwas Positives und Schützenswertes gesehen – aber warum? Was schadet es, wenn es weniger Tiere und Pflanzen auf der Erde gibt?
Viele wissenschaftliche Untersuchungen belegen, dass artenreiche Ökosysteme stabiler sind als artenarme und Störungen besser ausgleichen können. Mit ihren unterschiedlichen Lebensansprüchen besetzen Arten unterschiedliche Nischen im Ökosystem. Manche Insekten beispielsweise sind wichtige Bestäuber, andere wiederum verbreiten Pflanzensamen oder bauen tierische und pflanzliche Abfallstoffe ab.
Wissenschaftler versuchen, den Wert dieser „Ökosystem-Dienstleistungen“ zu berechnen und damit die Kosten darzulegen, die der Verlust an Biodiversität verursacht. So bestäuben Insekten drei Viertel aller Nutzpflanzen und erbringen damit eine Dienstleistung für die Weltwirtschaft im Wert von einer Billion Dollar im Jahr (Deutschland: 3,8 Milliarden Euro). Amerikanische Landwirte sparen sich allein dank der Aufräumarbeit von Mistkäfern 380 Milliarden Dollar im Jahr.
Aktuelle Beiträge
Hohe Biodiversität bremst Klimaerwärmung
Eine hohe Biodiversität wirkt sich aber nicht nur auf die Landwirtschaft aus, sondern auch auf das Weltklima. So können artenreiche subtropische Wälder doppelt so viel Kohlenstoff aufnehmen wie Monokulturen. Die Ergebnisse eines Waldexperiments in China zeigen, dass ein Wald mit 16 verschiedenen Baumarten nach acht Jahren durchschnittlich 32 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar speichert, eine Monokultur dagegen nur zwölf Tonnen.
Einen ganz ähnlichen Effekt hat die Biodiversität von Wiesen: Wissenschaftler aus Jena, darunter auch Forscher vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie, haben im sogenannten Jena-Experiment herausgefunden, dass artenreiche Wiesen mehr Kohlenstoff speichern und so der Atmosphäre das Treibhausgas Kohlendioxid entziehen. Dabei spielen Mikroorganismen im Boden wie Pilze oder Bakterien für das Ökosystem Wiese offenbar eine Schlüsselrolle. Sie wandeln pflanzliche und tierische Biomasse um und sorgen so dafür, dass Nährstoffe im Boden gespeichert werden. Selbst Schadstoffe werden von den Mikroben unschädlich gemacht.
Den Forschern zufolge liefern artenreiche Wiesen den Bakterien und Pilzen des Bodens mehr Nährstoffe als artenarme Flächen. Dadurch können besonders vielfältige Lebensgemeinschaften im Boden entstehen, die mehr Biomasse verwerten können als artenarme Gemeinschaften. Dies wirkt sich auf die Produktivität einer Wiese aus.
Das Jena-Experiment
Im Jena-Experiment haben die Wissenschaftler auf 480 Parzellen, jede 20 mal 20 Meter groß, Pflanzengemeinschaften aus 1, 2, 4, 8, 16, 32 und 64 Arten ausgesät. Die Wiesenflächen werden 2-mal im Jahr gemäht und von allen auf einer Parzelle unerwünschten Pflanzen befreit. Eine völlig sich selbst überlassene Fläche und eine Parzelle ohne jeden Bewuchs dienen den Forschern als Vergleich.
Seit 2003 analysieren Botaniker, Insektenkundler, Mikrobiologen, Hydrologen und andere Spezialisten im Jena-Experiment die unterschiedlich artenreichen Parzellen. Der Biogeochemiker Gerd Gleixner vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena interessiert sich dabei besonders für den im Boden gespeicherten Kohlenstoff. Sein Team zapft über feine Schläuche aus dem Erdreich Wasser und Gase ab und löst daraus im Labor ein Sammelsurium aus kohlenstoffhaltigen Verbindungen: den Kohlenstoff-Fingerabdruck des Ökosystems Wiese sozusagen.
Die Analysen zeigen, dass der Wiesenboden bei höherer Biodiversität mehr Kohlenstoff speichert. Dasselbe gilt für Stickstoff. Am effektivsten sind dabei Artengemeinschaften aus frühen und späten Pflanzen: Gräser wachsen beispielsweise im Frühjahr am schnellsten, während Hülsenfrüchte auch im Herbst noch gedeihen. Eine ausgewogene Mischung früher und später Arten speichert also übers Jahr gesehen Kohlen- und Stickstoff am besten. Auch die Wuchsform der Pflanzen ist wichtig: Flach- und Tiefwurzler können zusammen die Nährstoffe im Boden optimal ausnutzen, hoch oder niedrig wachsende Pflanzen nutzen gemeinsam wiederum Licht, Feuchtigkeit und Wärme effektiv aus. Je vielfältiger der Mix, desto besser werden folglich die Ressourcen der Wiese genutzt.
Und noch einen Pluspunkt einer hohen Biodiversität haben die Forscher des Jena-Experiments entdeckt: Pflanzliche Vielfalt auf einer Wiese wirkt sich positiv aus auf die Diversität der dort lebenden Tiere aus. Wer sich für artenreiche Wiesen einsetzt, schützt also Schmetterlinge, Bienen und Regenwürmer gleich mit.
Eine geringe Vielfalt im Boden könnte auch ein Grund dafür sein, warum Monokulturen in der Landwirtschaft mit der Zeit zu sinkenden Erträgen führen. Mit sinkender Vielfalt verringert sich zudem die Widerstandskraft der Wiese gegen Schädlinge. Auf der Wiese des Jena-Experiments haben Krankheiten viele Parzellen ausgelöscht, die mit Monokulturen bepflanzt waren.
Hohe Biodiversität im Boden macht Pflanzen widerstandsfähiger
Eine Erfahrung, die auch Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena gemacht haben: Auf ihrem Versuchsfeld im US-amerikanischen Bundesstaat Utah hatte eine Pilzerkrankung die Hälfte der Versuchspflanzen dahingerafft. Nachdem die Behandlung mit einem Pilzgift keinen Effekt hatte, behandelten die Wissenschaftler ihre Pflanzen mit einem Mix aus unterschiedlichen Bodenbakterien. Erst eine Mischung aus drei oder fünf Bakterien schützte die Versuchspflanzen vor dem tödlichen Pilz. Dabei zeigt sich, dass einzelne Bakterienstämme erst im Zusammenwirken mit anderen Bakterien ihre volle Wirkung entfalten und zu gesünderen Pflanzen beitragen.
Eine aus dem Gleichgewicht geratende Lebensgemeinschaft im Boden ist aber nur eines der Probleme von Monokulturen. Ein weiteres ist die geringe genetische Vielfalt. So bauen Landwirte heute auf großen Flächen Pflanzensorten an, die auf hohe Erträge optimiert sind. Dadurch wachsen in der Regel auf vielen Hektar ausschließlich Pflanzen eines einzigen Genotyps. Da diese oft nur noch wenige natürliche Abwehrstoffe produzieren, müssen die Landwirte flächendeckend Dünger und Pestizide einsetzen.
Genetische Vielfalt schützt vor Schädlingen
Freilandexperimente von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena mit Tabakpflanzen zeigen, wie wichtig eine hohe genetische Diversität der Nutzpflanzen ist. Die Forscher haben auf ihren Versuchsfeldern Tabakpflanzen mit unterschiedlich stark aktiven Abwehrgenen gegen Schädlinge kombiniert. Da Pflanzen mit gasförmigen Duftstoffen räuberische Insekten zum Schutz vor Blattläusen und Rüsselkäfern anlocken, profitieren auch weniger abwehrbereite Pflanzen von Nachbarn mit sehr aktiven Abwehrgenen. Die Menge an Pflanzenschädlingen geht so auf dem gesamten Feld zurück. Es kann also ausreichen, die Aktivität bestimmter Abwehrgene in einzelnen Pflanzen zu verändern und damit das gesamte Feld zu schützen.
Schutz der Biodiversität
Zerstörung von Lebensräumen, übermäßige Jagd und der Klimawandel sind in den meisten Fällen maßgeblich für den Biodiversitätsverlust verantwortlich. So vielfältig die Ursachen für das Verschwinden von Arten im Einzelfall sind, so unterschiedlich sind auch die Maßnahmen zum Erhalt der biologischen Vielfalt.
Mit dem Icarus-Projekt wollen Max-Planck-Wissenschaftler Erkenntnisse gewinnen, damit bedrohte Arten effektiver als bisher geschützt werden können. Mit dem Satelliten-gestützten Beobachtungssystem können die Forscher Tiere fast überall auf der Erde rund um die Uhr verfolgen. So lassen sich Gefahren frühzeitig erkennen und für das Überleben von Arten wichtige Lebensräume identifizieren. Andere wiederum arbeiten an der Erstellung der Roten Liste bedrohter Arten in Deutschland mit oder vernetzen Lebensräume zum Schutz von Tieren und Pflanzen.