Biodiversität: Gefährliches Spiel mit komplexen Systemen

Biodiversität – die Vielfalt des Lebens – umfasst verschiedene Ebenen des Lebens. Innerhalb und zwischen den Ebenen gibt es zahlreiche Wechselwirkungen. Der Mensch reduziert die Biodiversität ohne die Folgen abschätzen zu können.

Zugunsten der Verständlichkeit stark vereinfacht

Was bedeutet Biodiversität?

Getreidefeld: Landwirtschaftliche Monokulturen weisen eine sehr geringe Biodiversität auf (RLP, Juli 2021)
Landwirtschaftliche Monokulturen weisen eine sehr geringe Biodiversität auf (RLP, Juli 2021)

Vereinfacht kann Biodiversität als „Vielfalt des Lebens“ bezeichnet werden. Biodiversität bezieht sich auf 3 Ebenen, die eng miteinander verknüpft sind:

  1. die Anzahl der verschiedenen Lebensräume,
  2. die Anzahl der verschiedenen Arten in den Lebensräumen und
  3. die genetische Vielfalt innerhalb der Arten.

Teilweise wird auch die Vielfalt von Verhalten zur Biodiversität gerechnet.

Innerhalb und zwischen diesen Ebenen bestehen enge Wechselwirkungen (s. u.).

3-geteilter Kreis: Biodiversität umfasst die drei Bereiche Biotop-, Arten- und genetische Vielfalt. Alle Bereiche sind gleich wichtig.
Biodiversität umfasst die drei Bereiche Biotop-, Arten- und genetische Vielfalt. Alle Bereiche sind gleich wichtig.

Lebensräume

Lebensräume umfassen neben den ansässigen Arten auch die physikalischen Faktoren, wie Wasser, Sonneneinstrahlung, Untergrund etc.

Lebensräume können je nach Betrachter und Untersuchungsziel unterschiedlich abgegrenzt werden. So kann man den Lebensraum „Bach“ von den Lebensräumen „Wiese“ und „Wald“ unterscheiden. Man kann einen gesamten Bachlauf betrachten oder nur das Quell- oder Mündungsgebiet oder den Bach mit den angrenzenden Landflächen.

Begriffe, die im Zusammenhang häufig verwendet werden:
Biotop: Räumlich begrenzter Lebensraum, mit einer an diesen Lebensraum angepassten Lebensgemeinschaft (Biozönose). Ein Biotop unterscheidet sich von anderen Biotopen durch eine spezielle Zusammensetzung der abiotischen Faktoren, wie Niederschlagsmenge, Sonneneinstrahlung, Nährstoffmengen etc. und der Artzusammensetzung. Einzelne gleiche Biotope können weit voneinander entfernt liegen.
Ökosystem: Umfasst ein Biotop und dessen Biozönose sowie die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Lebewesen und ihrer Umwelt.
Stark vereinfacht gesagt, bezeichnet Biotop einen räumlichen Bereich mit seinen Lebewesen, während Ökosystem zusätzlich die Vorgänge innerhalb dieses Bereiches erfasst. Teilweise ist eine klare Abgrenzung zwischen Biotop und Ökosystem jedoch nicht möglich.
Habitat: der Lebensraum einer Art

Hotspots der Biodiversität

Hotspots sind Biotope, die für das gesamte Ökosystem Erde oder für einzelne Teilgebiete (Länder, Regionen) eine hohe ökologische Bedeutung haben, indem sie z. B. natürlicherweise eine große Artenvielfalt aufweisen.

Weltweit wurden 34 solcher Gebiete erfasst, die lediglich 2,3 % der Landfläche ausmachen. In diesen Hotspots sind mehr als 50 % der Pflanzen-, Süßwasserfisch- und Landwirbeltierarten zu finden. 86 % der ehemals existierenden Hotspotflächen wurden bereits durch den Menschen zerstört [4].

Die Meere und die Tiefsee wurden nicht als Hotspots klassifiziert, stabilisieren jedoch auf vielfache Weise die Landökosysteme.

In Deutschland sind 30 Gebiete als Hotspots ausgewiesen, dass entspricht ca. 11 % der Landesfläche [2] und in etwa dem Landverbrauch für Verkehr (Straßen-, Bahn-, Flugverkehr etc.: ca. 10 %) [3]. Innerhalb der ausgewiesenen Hotspot-Flächen befinden sich Städte und Siedlungen, gewerbliche Flächen, Industrieanlagen, Verkehrswege und landwirtschaftliche Flächen. Die vom Menschen weitgehend unbeeinflusste Fläche der Hotspots ist somit < 11 %.

Arten

Der biologische Art-Begriff ist nicht eindeutig definiert, es existieren verschiedene Konzepte nebeneinander. In einer einfachen Definition umfasst eine Art alle Individuen, die sich erfolgreich vermehren können und deren Nachkommen ebenfalls vermehrungsfähig sind (Fortpflanzungsgemeinschaft). Zum Teil wird eine erfolgreiche Vermehrung aber lediglich durch räumliche Trennung (z. B. Berge, Gewässer) oder unterschiedliche Verhaltensweisen verhindert.

Darstellung Familie - Gattung -Art: Eine Art stellt den derzeit letzten Zweig der evolutionären Entwicklung dar
Eine Art stellt den derzeit letzten Zweig der evolutionären Entwicklung dar.

Arten entstehen durch Veränderung der Erbsubstanz, also durch genetische Mutationen. Gefördert wird die Artenbildung u. a. durch räumliche Trennung und Konkurrenz innerhalb einer Art.

Derzeit sind weltweit ca. 1,8 Millionen Arten bekannt [1]. Viele Arten sind jedoch noch nicht bekannt, untersucht und / oder beschrieben. Das hat verschiedene Gründe, wie z. B.:

  • Kleinstlebewesen, wie Bakterien, Einzeller, Pilze, kleine Insekten etc., die alleine aufgrund der Vielzahl kaum zu überblicken sind,
  • nicht vollständig erforschte Lebensräume, wie z. B. Regenwald, aber auch Wohnungen,
  • unzugängliche oder schlecht zugängliche Lebensräume, wie Tiefsee, Polarmeere, Erdboden, Höhlen, obere Luftschichten, u. v. m.,
  • mangelnde Experten bei schwierig zu unterscheidenden Arten, was z. B. bei vielen Insekten der Fall ist.

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Genetische Vielfalt

Jedes Lebewesen unterscheidet sich von seinen Mitlebewesen in seiner genetischen Ausstattung. Je näher verwandt zwei Lebewesen sind, desto geringer ist in der Regel der genetische Unterschied.

Die genetische Vielfalt ist von zahlreichen Faktoren abhängig. Vereinfacht gesagt, ´steigt die genetische Vielfalt innerhalb einer Population mit

  • der Anzahl der Individuen,
  • der uneingeschränkten Verpaarung der Populationsmitglieder,
  • dem Alter der Population,
  • der Größe der Startpopulation.

Weit verbreitete Arten weisen meist eine hohe genetische Vielfalt auf. Das heißt im Umkehrschluss: Je kleiner und isolierter eine Population ist, desto geringer ist die genetische Vielfalt.

Eine breite genetische Vielfalt ist erforderlich, um auf Umwelteinflüsse und Krankheiten reagieren zu können (Resilienz).

Beispiele von Anpassung aufgrund ausreichender genetischer Vielfalt

In England färbten sich zu Anfang des 20. Jahrhunderts aufgrund der Luftverschmutzung die Birken dunkel. Zunehmend traten nun auch dunkle Birkenspanner (ein Nachtfalter) statt der normalerweise hellen Formen auf (Industriemelanismus).

Aufgrund des Klimawandels und wegen der teilweise guten Winterfütterung bleiben immer mehr Zugvögel an ihrem Sommerstandort.

Bei stark bejagten Fischarten bleiben die erwachsenen Fische teilweise kleiner als normal, da sie so durch die Maschen der Fangnetze entkommen können. Bei Dickhornschafen wurde ein Schrumpfen der Hörner festgestellt. [7]

Beispiele von fehlender Anpassung aufgrund mangelnder genetischer Vielfalt lassen sich am besten anhand menschlicher Kulturpflanzen aufzeigen. Die Beispiele demonstrieren auch, in welche Gefahr sich der Mensch mit der Verengung der genetischen Basis seiner Nahrungsmittel begibt.

In Irland gab es zwischen 1845 und 1849 eine katastrophale Hungersnot, durch die rd. 12 % der Bevölkerung starben (ca. 24 % wanderten aus). Ursache war ein Kartoffelpilz (Kartoffelfäule), der die beiden einzigen Kartoffelsorten, die zu dieser Zeit in Irland angebaut wurden, befiel und ungenießbar machte.

Die heute vorwiegend verwendete Bananen-Sorte Cavendish, die vegetativ vermehrt wird (also durch Ableger, alle Pflanzen sind somit genetisch identisch), wird von einer Pilzart bedroht. Verschiedene Wildbananen sind hingegen resistent gegen den Pilz.

Die Auswirkungen genetischer Veränderungen können sehr komplex sein.

In Mosambik wurden während des Bürgerkrieges immer mehr Elefantenkühe ohne Stoßzähne geboren. Aufgrund der massiven Elfenbeinjagd hatten stoßzahnlose Elefanten einen deutlichen Vorteil gegenüber Elefanten mit Stoßzähnen. Aufgrund des Erbgangs der genetischen Veränderung sind nur Kühe betroffen, Bullen sterben hingegen schon im Mutterleib. Die Reproduktionsrate der stoßzahnlosen Elefantenkühe ist damit geringer und die Geschlechterverteilung ändert sich. Da Stoßzähne für Elefanten wichtige Funktionen haben, u. a. zur Nahrungssuche und Verteidigung, sind mit der Mutation weitere Nachteile verbunden.

Elefant mit Elefenatenkalb in der Wüste: Elefantenkuh mit Kalb: Stoßzähne dienen auch dazu, in trockenen Gebieten Wasserlöcher zu graben. (Ob der Elefant zu den stoßzahnlosen Exemplaren gehört, ist unbekannt).
Elefantenkuh mit Kalb: Stoßzähne dienen auch dazu, in trockenen Gebieten Wasserlöcher zu graben. (Ob der Elefant zu den stoßzahnlosen Exemplaren gehört, ist unbekannt). (Quelle: pixabay).

Als nach Ende des Bürgerkriegs die starke Bejagung der Elefanten abnahm, wurden zwar wieder mehr Elefantenkühe mit Stoßzähnen geboren. Dennoch ist der Bestand gefährdet, da die stoßzahnlosen Kühe weniger Nachwuchs gebären und gegenüber den Stoßzahn-Trägerinnen Nachteile haben. Zudem wurde der Genpool, durch die geschlechtsspezifische Mutation, eingeengt. [4]

Biodiversität ist die Summe ihrer Elemente

Um eine hohe Biodiversität zu erhalten, muss in allen drei Ebenen eine hohe Vielfalt vorhanden sein.

Ein Biotop mit 4 Arten, die mehr oder weniger gleichstark vertreten sind, hat eine höhere Biodiversität als ein Biotop, in dem zwar genauso viele Arten und in der Summe genauso viele Individuen vertreten sind, aber die meisten Arten nur in geringer Individuenzahl vorkommen.

Eine gegliederte Landschaft mit zahlreichen Biotopen hat eine höhere Biodiversität als eine Monokultur mit in der Regel weniger Arten und weniger Individuen der einzelnen Arten.

Grafische Darstellung: Biotope mit hoher und niedriger Biodiversität. Flächen mit mit hoher und niedriger Biodiversität. Eine hohe Biodiversität wird erreicht, wenn in allen drei Bereichen (Biotop, Arten, genetische Ausstattung) Vielfalt herrscht.
Eine hohe Biodiversität wird erreicht, wenn in allen drei Bereichen (Biotop, Arten, genetische Ausstattung) Vielfalt herrscht.

Die Biodiversität ist in den einzelnen Biotopen naturgemäß unterschiedlich. So haben Wüstengebiete eine geringere Biodiversität als Urwälder.

Auch die natürliche genetische Vielfalt schwankt zwischen den Arten. Durch Austausch von Genen haben Bakterien eine höhere genetische Vielfalt – und können sich sehr gut an geänderte Umweltbedingungen anpassen.

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Wechselwirkungen

Zwischen und innerhalb der Biotope, Arten und der genetischen Vielfalt bestehen zahlreiche Wechselwirkungen.

Ein Bachlauf beeinflusst seine Umgebung, z. B. je nach Wasserstand, Wasserqualität, Artenzusammensetzung etc. Die in ihm enthaltenen Arten beeinflussen sich gegenseitig: als Räuber und Beute, Parasit und Wirt und ähnlichen direkten Wechselwirkungen. Daneben gibt es zahlreiche indirekte Auswirkungen, z. B. wenn leere Schneckenschalen als Behausung und Schutz genutzt werden, Muscheln Sediment filtern und ähnliches.

Auch wenn dem Menschen bereits vieles über die verschiedenen Wechselwirkungen bekannt ist, sind etliche Abhängigkeiten innerhalb und zwischen den einzelnen Komponenten oft nicht oder nur unzureichend bekannt.

Unseren unbedarften Umgang mit Biotopen, Arten und genetischer Ausstattung kann man daher mit der Zubereitung eines 5 Gänge Menüs durch einen unerfahrenen Koch vergleichen: Lässt er aus Unerfahrenheit Zutaten weg oder verändert diese, ist das Menü ungenießbar oder schmeckt nicht, es ist nicht ausreichend gegart, die Mengen reichen nicht aus – und ähnliche Pannen. Der unerfahrene Koch kann nicht beurteilen, ob im Dessert Orangen durch Mangos ausgetauscht werden können oder ob „eine Prise Salz“ eine Fingerspitze oder einen Teelöffel bedeutet.

Ebenso können wir häufig nicht beurteilen, wie relevant ein Biotop, eine einzelne Art oder eine genetische Ausstattung auf Dauer für das Ökosystem Erde ist oder wie stark wir Biotope verändern oder Arten dezimieren können.

Tipping Point – Point of no Return

Ein Tipping Point ist ein Kipp-Punkt. Wird ein Tipping Point überschritten, verändert sich das Ökosystem in rasantem Tempo – es bricht zusammen. Minimale Veränderungen, die das System normalerweise ausgleichen könnte, führen dann zu einer Kettenreaktion mit maximalen unvorhersehbaren Auswirkungen.

Je näher man dem Kipp-Punkt kommt, desto weniger flexibel kann ein Ökosystem auf Veränderungen reagieren.

Für die meisten Ökosysteme können wir bestenfalls grob abschätzen, wann der jeweilige Tipping Point erreicht ist bzw. welche Veränderungen sich wann wie stark auswirken. In der Regel ist auch nicht bekannt, wie stark die Veränderungen nach dem Kipp-Punkt sind und auf welchem Niveau sich das Ökosystem (auf geologische Zeiträume bezogen) neu einpendelt (oder im Extremfall: ob es sich überhaupt neu einpendelt).

Grafik: Kipp-Punkt als Bergspitze mit möglichen Endpunkten auf dem Berg, im Tal oder dem benachbarten Berg.Wird der Kipp-Punkt überschritten, ist nicht vorhersehbar, wo genau sich der nächste stabile Punkt erreicht wird.
Wird der Kipp-Punkt überschritten, ist nicht vorhersehbar, wo genau sich der nächste stabile Punkt erreicht wird.

Wie bei Biotopen können wir auch bei Arten schlecht den Kipp-Punkt – die Anzahl der erforderlichen Individuen zur Arterhaltung – abschätzen. Sicher ist nur: Wird der Kipp-Punkt überschritten, stirbt die Art langfristig aus. Je weniger Individuen einer Art existieren, desto näher ist diese Art dem „Point of no Return“. Anpassungen an eine sich verändernde Umwelt sind kaum noch möglich.

Wie stark sich wiederum der Verlust dieser Art auf das gesamte Ökosystem auswirkt, kann bestenfalls abgeschätzt werden.

Um das Überleben einer Art zu sichern, sind bei Wirbeltieren ca. 7.000 Individuen erforderlich.

Fazit

Erde aus dem Weltall: Die Erde ist vielleicht nicht der einzige bewohnte Planet im Weltraum – aber der einzige, den wir derzeit kennen und haben. Wir sollten daher alles daran setzen, ihn lebensfähig (im wahrsten Sinne des Wortes) zu halten.
Die Erde ist vielleicht nicht der einzige bewohnte Planet im Weltraum – aber der einzige, den wir derzeit kennen und haben. Wir sollten daher alles daran setzen, ihn lebensfähig (im wahrsten Sinne des Wortes) zu halten. (Quelle: pixabay)

Die Biodiversität auf der Erde ist ein überlebens-wichtiger Faktor für die Menschheit.

Mit unserem heutigen Wissen können wir nur abschätzen, wie wichtig einzelne Biotope, Arten und genetische Ausstattungen für das Ökosystem Erde und die Menschheit sind.

Die Erhaltung einer hohen Biodiversität auf allen Ebenen (Biotope, Arten, genetische Vielfalt) ist daher ein wichtiges Ziel.

Klaus Töpfer, in seiner Funktion als Direktor des UN-Umweltprogramms (zitiert nach [6]):

Wären die Wälder und Korallenriffe vergleichbar mit Museen und Universitäten, dann würde deren Zerstörung als grober Vandalismus gelten.


Weitere Texte zum Thema

Teil 2: Biodiversitätsverlust: Das 6. Massensterben
Teil 3: Biodiversität: Der Nutzen für die Menschheit


Literatur

  1. Bayerisches Landesamt für Umwelt: Biodiversität. 2015
  2. BfN: Kurzbeschreibungen der dreißig Hotspots
  3. DESTATIS Flächennutzung Code 3311-0001
  4. Deutschlandfunk: Elefanten ohne Stoßzähne / Wilderei beschleunigt Evolution. 22.10.2021
  5. Fischer F, Oberhansberg H: Über Leben und Natur. Sonderausgabe für die Bundeszentrale für politische Bildung, Band 10720, Bonn, 2021
  6. Forum Biodiversität Schweiz: Der Wert der Biodiversität. Hotspot 12, Oktober 2005
  7. Knauer R: Immer mehr Elefanten werden ohne Stoßzähne geboren. Der Tagesspiegel, 21.10.2021

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by naseweisbz.net

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