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Forschungsarbeit

Die Ausbreitung von gebietsfremden Pflanzenarten in Gebirgen

Von Sylvia Haider (14.03.2012)

Mit dem Einsetzen des globalen Handels um das Jahr 1500 fielen die geographischen Barrieren, die die Ausbreitung von Tier- und Pflanzenarten bis dahin begrenzt hatten. Organismen, die, zumeist mit Hilfe des Menschen, neue Gebiete erreichen, werden gebietsfremd genannt. Manche der gebietsfremden Arten können sich im neuen Gebiet etablieren, schnell ausbreiten und einen negativen Einfluss auf Ökosysteme und Ökosystemdienstleistungen ausüben. Diese Arten werden häufig als invasiv bezeichnet und werden als zweitwichtigste Ursache für den Rückgang der globalen Biodiversität angesehen. Der Vorgang einer solchen „biologischen Invasion“ ist sehr komplex. Daher ist es schwierig, generelle Faktoren zu finden, die den Invasionserfolg einer Art bestimmen, und das potentielle Verbreitungsgebiet einer Art vorherzusagen.

In meiner Dissertation habe ich das Vorkommen von gebietsfremden Pflanzenarten entlang von Höhengradienten untersucht. Gebirge waren bisher nicht im Fokus der Invasionsforschung, gerade dort aber besteht die Gefahr, dass biologische Invasionen durch den Klimawandel und zunehmende anthropogene Störungen in naher Zukunft häufiger werden und Flora, Fauna und Habitate verstärkt durch invasive Pflanzenarten bedroht sind.
Darüber hinaus können Gebirge aus wissenschaftlicher Sicht als Modellsysteme dienen, um die für die Ausbreitung gebietsfremder Arten limitierenden Faktoren zu analysieren. Zum einen finden sich in Gebirgen ausgeprägte Umweltgradienten auf sehr kurzer räumlicher Distanz und zum anderen erreichen die meisten gebietsfremden Arten ihre obere Verbreitungsgrenze irgendwo entlang der Höhengradienten.

In einer globalen Studie, an der ich im Rahmen des Mountain Invasion Research Network (MIREN, www.miren.ethz.ch) beteiligt war, wurden in 13 Gebirgsregionen fast 1000 gebietsfremde Pflanzenarten registriert und in einer Datenbank erfasst. Wir fanden deutliche Hinweise, dass die meisten Arten vermutlich als Weideunkräuter oder aus forstwirtschaftlichen Gründen in Tieflagen eingeschleppt bzw. eingeführt wurden und sich von dort in die Hochlagen ausbreiten konnten. Daher unterscheidet sich die gebietsfremde Gebirgsflora in ihren Eigenschaften stark von der einheimischen. Die Einwanderung aus dem Tiefland hat außerdem zur Folge, dass sich die gebietsfremden Gebirgsfloren verschiedener Regionen stark voneinander unterscheiden und nicht, wie man vielleicht vermuten könnte, aufgrund ähnlicher klimatischer Verhältnisse eine große Schnittmenge besitzen.

Abb. 1: Der Kalifornische Mohn (Eschscholzia californica) kann sich mittels phänotypischer Plastizität gut an variierende Umweltbedingungen anpassen.[Bildunterschrift / Subline]: Abb. 1: Der Kalifornische Mohn (Eschscholzia californica) kann sich mittels phänotypischer Plastizität gut an variierende Umweltbedingungen anpassen. Die Art breitet sich auf Teneriffa entlang von Straßen bis in hohe Lagen aus (ca. 2000 m ü. NN) und droht, in das Gebiet des Teide-Nationalparks einzuwandern. (Foto: S. Haider)

Die Kartierung der gebietsfremden Flora entlang eines Höhengradienten auf Teneriffa brachte ein weiteres interessantes Ergebnis zu Tage: Die Verbreitungsmuster von gebietsfremden Arten verschiedener klimatischer Herkunft unterschieden sich nicht wesentlich voneinander und ich fand nicht wie erwartet eine Höhenzonierung mit mediterranen Arten vor allem in niedrigeren und temperaten Arten vor allem in höheren Lagen. Das heißt, durch die Ankunft in Tieflagen ist die klimatische Herkunft einer gebietsfremden Art zwar für die Etablierung im neuen Gebiet wichtig, nicht aber für die weitere Ausbreitung. Dagegen konnte ich feststellen, dass die Anwesenheitsdauer im neuen Gebiet eine Rolle spielt, um höhere Lagen zu erreichen, vermutlich weil die Arten Zeit benötigen, um sich genetisch an die Umweltbedingungen der Hochlagen anzupassen. Des Weiteren habe ich einen starken Einfluss der nicht-klimatischen (biotischen und edaphischen) Habitatfaktoren auf die Verbreitungsmuster gebietsfremder Arten gefunden. Es ist zu vermuten, dass der Klimawandel auch indirekte Auswirkungen auf die Verbreitung gebietsfremder Arten haben wird, indem er zum Beispiel die Veränderung nicht-klimatischer Habitatfaktoren oder die Verschiebung von Habitaten verursacht.

Die Einwanderung vom Tiefland her bringt mit sich, dass die gebietsfremden Pflanzenarten in Gebirgen keine Klimaspezialisten sind, die an ein Hochlagenklima angepasst wären, sondern Klimageneralisten. Um mit den stark variierenden Umweltbedingungen entlang von Höhengradienten zurechtzukommen, muss eine Art entweder eine breite Umwelttoleranz besitzen oder in der Lage sein, sich innerhalb kurzer Zeit evolutiv an die lokalen Bedingungen anzupassen. In einem Klimakammerexperiment mit einer Reihe von gebietsfremden Arten habe ich die relative Bedeutung von phänotypischer Plastizität, also der Fähigkeit einer Art, ihre Morphologie ohne genetische Veränderungen an verschiedene Umweltbedingungen anzupassen, und genetischer Differenzierung entlang eines Höhengradienten auf Teneriffa untersucht. Alle einbezogenen Arten zeigten eine plastische Reaktion auf verschiedene Temperatursimulationen und reduzierten ihr Wachstum unter niedrigeren Tagestemperatursummen. In der oberen Hälfte des Höhengradienten fanden wir konsistente genetische Differenzen zwischen verschiedenen Populationen einer Art, nicht aber in der unteren Hälfte des Höhengradienten. Dies kann als Folge der unterschiedlichen Gradienteneigenschaften interpretiert werden: Genetische Anpassungen werden vermutlich durch den starken anthropogenen Einfluss und den damit verbundenen hohen Genfluss (hoher Ausbreitungsdruck und hohe Abundanz von gebietsfremden Arten ausgelöst durch das umfangreiche Transportgeschehen) im unteren Bereich des Höhengradienten verhindert, während sie im oberen Bereich des Höhengradienten wahrscheinlich durch einen reduzierten Genfluss und größeren Selektionsdruck gefördert werden.

Meine Dissertation hat gezeigt, dass die Untersuchung von gebietsfremden Arten nicht nur aus Sicht der Invasionsbiologie interessant ist, sondern dass sich in vielen Bereichen auch Verknüpfungen zur Evolutionsbiologie finden, da biologische Invasionen auch unter dem Blickwinkel einer „Evolution im Zeitraffer“ betrachtet werden können.


Stations
  • seit 09/2011
  • Wissenschaftliche Mitarbeiterin, Lehrstuhl für Renaturierungsökologie (Prof. Dr. J. Kollmann), TU München
  • 06/2006 – 02/2011
  • Promotion an der Technischen Universität München, Prof. Dr. L. Trepl
  • 11/1998 – 10/2004
  • Studium der Landschaftsarchitektur und Landschaftsplanung, TU München, BMBF‐Projekt BIOKONCHIL (Prof. Dr. K. Jax)

Stipendien und Preise
  • 03 - 08/2010
  • Abschlussförderung der Promotion im Rahmen des Programms “Chancengleichheit für Frauen in Forschung und Lehre” (HWP‐Programm)
  • 2008
  • „Student’s European Ecology Prize“ der European Ecological Federation (EEF)

Publikationen