Neue Erkenntnisse zu Klimawandel und Arteninteraktionen

Die Lebenswissenschaftler der UCLA liefern wichtige neue Details darüber, wie sich der Klimawandel auf die Interaktionen zwischen Arten auswirkt in einer am 21. Mai online im Journal of Animal Ecology veröffentlichten Forschung. Dieses Wissen sei entscheidend, um genaue Vorhersagen zu treffen und politische Entscheidungsträger darüber zu informieren, wie Arten wahrscheinlich von steigenden Temperaturen betroffen sein werden.


„Biologen erkennen zunehmend, dass der Klimawandel die Art und Weise beeinflusst, wie Arten miteinander interagieren, und dass dies sehr wichtige Konsequenzen für die Stabilität und das Funktionieren von Ökosystemen haben wird“, sagte der leitende Autor der Studie, Van Savage, Assistenzprofessorin für Ökologie und Evolutionsbiologie sowie für Biomathematik an der UCLA. „Allerdings gibt es noch ein sehr begrenztes Verständnis davon, was genau diese Änderungen sein werden. Unser Papier macht Fortschritte in dieser sehr wichtigen Frage.“

Bildquelle: Toby Hudson

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Der Klimawandel führt zu einem globalen Anstieg der Durchschnittstemperatur sowie zu mehr Schwankungen und größeren Temperaturschwankungen. Immer mehr Beweise deuten darauf hin, dass sich diese Veränderungen ändern, wann und wie Arten interagieren und sogar welche Arten interagieren können, ohne auszusterben, sagte Savage.

Bereits jetzt verändert die Klimaerwärmung den Zeitpunkt und die Geschwindigkeit der Blüte bei Pflanzen sowie die Fortpflanzung und Wanderung bei Tieren rapide – Veränderungen, die wahrscheinlich die Interaktionen zwischen den Arten stören.

„Diese Veränderungen können zu neuen und potenziell instabilen Arteninteraktionen führen, indem sie wärmeangepasste Arten veranlassen, geografische Regionen aufzusuchen und saisonale Perioden zu erleben, die für sie historisch zu kalt waren, bis die Temperaturen zu steigen beginnen“, sagte Hauptautor Anthony Dell, a ehemaliger Postdoc an der UCLA, jetzt an der Universität Göttingen.

Solche Veränderungen könnten ganze Ökosysteme wie Regenwälder oder Korallenriffe destabilisieren, sagte Ko-Autor Samraat Pawar, ein ehemaliger Postdoktorand der UCLA, derzeit an der University of Chicago eine der wichtigsten biologischen Auswirkungen des Klimawandels ist, fanden sie es schwierig, sie zu verstehen und vorherzusagen.




Das Forschungsteam von Savage hat in letzter Zeit mit der Entwicklung einer Biotraits-Datenbank erhebliche Fortschritte in dieser Hinsicht gemacht. Dieser riesige Datensatz wurde aus der Literatur zusammengestellt und wurde standardisiert und organisiert, damit Daten kombiniert und verglichen werden können. Diese Gruppe hat bereits statistische Analysen und mechanistische mathematische Modelle verwendet, um Informationen darüber zu liefern, wie verschiedene biologische Merkmale von Organismen auf Temperaturänderungen und andere Umweltfaktoren reagieren.

Insbesondere haben Savage und sein Team untersucht, wie sich Temperaturänderungen auf die Energieaufnahme eines Organismus, die sogenannte Stoffwechselrate, auswirken können. Dieser grundlegende Prozess bestimmt viele Aspekte des Lebens eines Organismus, einschließlich wie viel Nahrung er isst, wie schnell er sich bewegen kann, wie viel er schläft und wie schnell sein Herz schlägt. Das Team macht Vorhersagen darüber, wie die Aktivität eines Organismus – und damit die breitere Ökologie – von der Temperatur beeinflusst wird.

In der aktuellen Forschung untersuchten Savage und seine Kollegen, wie sich die unterschiedlichen physiologischen Reaktionen von Organismen auf steigende Temperaturen auf die sogenannten Verbraucher-Ressourcen-Interaktionen auswirken könnten. Dies sind Interaktionen zwischen zwei Organismen, die zu einem „Fütterungsereignis“ führen – ein Paradebeispiel ist ein Raubtier (Verbraucher) und seine Beute (Ressource). Insgesamt bildet eine Sammlung von Verbraucher-Ressourcen-Interaktionen die Nahrungskette oder das Nahrungsnetz, das die Vielfalt, Dynamik und Stabilität bestimmter Gemeinschaften und Ökosysteme antreibt.

Ihr Modell trägt der Tatsache Rechnung, dass eine Temperaturänderung wahrscheinlich dazu führen wird, dass einige Raubtiere besser Beute fangen, während einige Beutetiere effizienter beim Fangen sind, was zu Ungleichgewichten in der Nahrungskette und möglichen Auswirkungen auf Ökosysteme führt.


Ein wichtiges biologisches Merkmal, das unterschiedliche Reaktionen auf Temperaturänderungen bei Verbrauchern und Ressourcen auslöst, ist die Körpergeschwindigkeit – die Geschwindigkeit, mit der sich ein Tier bewegt. Kaltblütige Tiere zum Beispiel neigen dazu, sich mit steigender Körpertemperatur schneller zu bewegen. Die Biologen sagen voraus, dass eine der Hauptauswirkungen der globalen Erwärmung die Zeit und Geschwindigkeit erhöhen wird, mit der sich Organismen durch eine Landschaft bewegen und so aufeinandertreffen und interagieren.

Konkret, so sagen die Forscher, werden die Auswirkungen der Klimaerwärmung durch die Art und Weise bestimmt, wie Raubtiere ihre Beute suchen – indem sie sich auf der Suche nach beweglicher Beute durch die Landschaft bewegen (aktives Fangen), indem sie stationär bleiben und auf sich bewegende Beute warten (sit -und-warten) oder sich auf der Suche nach unbeweglicher Beute fortbewegen (Weiden) – sowie ob interagierende Räuber-Beute-Arten beide kaltblütig, beide warmblütig oder eine von beiden sind.

Aufgrund des Einflusses der Temperatur auf die Körpergeschwindigkeit prognostizieren Biologen, dass die Begegnungsraten zwischen Räubern und Beutetieren mit steigenden Temperaturen zunehmen werden, wenn die Strategie der Nahrungssuche aktiv ist (sowohl Räuber als auch Beute bewegen sich durch die Landschaft), wie bei einem Adler, der einen Fisch jagt . Wenn beide Arten jedoch identisch auf die Temperatur reagieren, führen diese Veränderungen möglicherweise nicht zu signifikanten Verschiebungen in ihren Interaktionen.

Bei einer Sit-and-Wait-Strategie, die häufig von Schlangen und Eidechsen verwendet wird, würden die Auswirkungen der Temperaturänderung hauptsächlich über die sich bewegenden Beutearten entstehen, wodurch möglicherweise eine sehr starke Asymmetrie zwischen Räuber und Beute entsteht. In diesem Fall kann die Asymmetrie die Art der Interaktion grundlegend verändern, so dass die beiden Arten viel höhere oder niedrigere Häufigkeiten aufweisen und möglicherweise nicht mehr in der Nahrungsbeziehung koexistieren können, ohne dass eine oder beide aussterben.


In ähnlicher Weise haben steigende Temperaturen wahrscheinlich erhebliche Auswirkungen auf die Interaktionen zwischen warmblütigen und kaltblütigen Tieren, wie beispielsweise warmblütigen Vögeln, die sich von kaltblütigen Eidechsen ernähren, oder Schlangen, die sich von Eichhörnchen ernähren. In diesen Fällen ändert sich die innere Körpertemperatur des kaltblütigen Tieres – der Eidechse oder Schlange –, wenn sich das Klima ändert. Dadurch verändert sich die Physiologie des Organismus und beeinflusst wiederum seine Körpergeschwindigkeit, Aktivität und Reaktionsgeschwindigkeit. Im Gegensatz dazu werden warmblütige Tiere, deren Körpertemperatur weitgehend unabhängig vom Außenklima ist, keine großen Veränderungen erfahren, was wiederum zu einer Asymmetrie zwischen den Arten führt.

Mithilfe der Biotraits-Datenbank zeigen die Autoren, dass merkmalsspezifische Asymmetrien in den Reaktionen von Organismen auf Temperaturänderungen existieren und wahrscheinlich ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Interaktionen zwischen Arten sind.

Natürlich sei es unmöglich, alle Arten auf dem Planeten zu studieren, sagen die Forscher, aber mit ihrem neuen mathematischen Modell können Vorhersagen über die Auswirkungen der Erwärmung auf verschiedene Arten von Verbraucher-Ressourcen-Interaktionen gemacht werden.

„Die große Artenvielfalt, die natürliche Ökosysteme ausmacht, macht es logistisch unmöglich, jede Arteninteraktion in einer Gemeinschaft zu untersuchen und Vorhersagen darüber zu treffen, wie diese Interaktionen durch die Klimaerwärmung beeinflusst werden“, bemerkte Savage. „Modelle, die davon ausgehen, dass alle Arten gleich auf die Temperatur reagieren, werden jedoch sowohl die große Vielfalt in Ökosystemen als auch die wichtigsten Konsequenzen übersehen, die sich aus unterschiedlichen und asymmetrischen Reaktionen auf die Temperatur zwischen den Arten ergeben.“

„In diesem Papier schlagen wir einen Mittelweg zwischen diesen beiden Extremen“, sagte Dell. „Wir lassen zu, dass verschiedene Arten unterschiedliche thermische Reaktionen haben und zeigen, dass dies für die Vorhersage der Reaktionen von Arten auf den Klimawandel unerlässlich ist, während unsere Kategorien auch viel breiter sind als alle Arten auf dem Planeten. Dieses neue Modell kann dazu beitragen, die Grundlage für einen vorausschauenderen Rahmen für das Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf Gemeinschaften und Ökosysteme zu bilden.“

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