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Nachwuchs geht seinen eigenen Weg / Dominanz von Generalisten unter den tropischen Bäumen

09.09.2014

In tropischen Regenwäldern wachsen die jungen Bäume überwiegend räumlich unabhängig von ihren Elternbäumen auf. Wo die Nachkommen später Wurzeln schlagen werden, lässt sich demnach nicht vorhersehen. Wenig spezialisierte Arten sind daher auch in den sehr artenreichen Regenwäldern der Tropen im Vorteil.

Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie von Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der University of California und des Smithsonian Tropical Research Institutes, die jetzt im renommierten Fachblatt “Proceedings of the Royal Society B” erschienen ist.


Ein artenreicher, tropischer Tieflandregenwald im Panamakanal. Auf der Insel Barro Colorado Island leben in diesem Regenwald mehr als 300 Baum- und Straucharten. Stephan Getzin, UFZ


Überreste des berühmten Big Trees's von Barro Colorado Island. Dieser Kapokbaum (Ceiba pentandra) hatte mit ca. 60 m Durchmesser die größte bekannte Krone für einen Baum mit einzelnem Stamm. Stephan Getzin, UFZ

Für ihre Studie hatten die Wissenschaftler die Daten von sechs Waldinventuren aus den letzten Jahrzehnten auf der Insel Barro Colorado im Panama-Kanal ausgewertet. In diesem 50 Hektar großen Tieflandregenwald wachsen insgesamt 300 Baumarten. Davon wurden auf einer Fläche von 1000 x 500 Metern insgesamt 65 Arten ausgewählt, die mit jeweils mindestens 50 Exemplaren als Jung- und Elternbäume vertreten waren, um statistische Fehler zu vermeiden.

Anschließend analysierten die Forscher die räumliche Verteilung zwischen den verschiedenen Generationen. Bei rund drei Viertel der Arten gab es keinen räumlichen Zusammenhang zwischen den Eltern und ihrem Nachwuchs.

„Dieses Ergebnis war sehr überraschend, da die Samen in diesem Tropenwald meistens nicht sehr weit verbreitet werden und der Nachwuchs daher in der Nähe der Eltern wachsen sollte“, erklärt Dr. Stephan Getzin vom UFZ. Die Forscher nennen das beobachtete Muster „Unabhängigkeit“ und führen es auf räumliche Prozesse zurück, die – wie unter anderem die Verbreitung des Samens durch Tiere – stark vom Zufall abhängen.

Die räumlichen Zufallsprozesse überlagern dabei die von der klassischen ökologischen Theorie vorhergesagten Abhängigkeiten und führen de facto zu Unabhängigkeit.

Die Ergebnisse der Studie stützen die sogenannte "Neutrale Theorie" von Stephen P. Hubbell von der University of California, der ebenfalls an dieser Publikation beteiligt war. Seine Theorie versucht, den Artenreichtum tropischer Regenwälder mit der vereinfachten Annahme zu erklären, dass sich alle Baumarten gleich verhalten. Auch hier spielen Zufallsprozesse eine große Rolle. In artenreichen Wäldern hat jeder Baum einer Art zufällige Nachbarn, so dass die Arten, laut Hubbell, zu Generalisten geworden sind, da sie ja nicht wissen, mit welchem Nachbarn sie konkurrieren. Die neue Studie zeigt nun, dass Zufallseinflüsse auch den Ort der Jungbäume in erheblichem Maße bestimmen, also den Habitattyp, in dem sie aufwachsen, und die Arten auch auf diese Weise zu Generalisten werden.

Die Daten des Tieflandregenwaldes aus Panama bilden zusammen mit den Stammfußkoordinaten eines bergreichen Regenwaldes aus Sri Lanka einen einmaligen Datensatz. In beiden Regenwäldern hat das Smithsonian Tropical Research Institute seit vielen Jahren mithilfe unzähliger Freiwilliger auf einer Fläche von 25 bis 50 Hektar jeden einzelnen Baum erfasst, dessen Stamm dicker als ein Bleistift ist. Aller fünf Jahre findet dort eine Waldinventur statt. Wahrscheinlich sind keine Wälder der Welt besser erfasst als diese beiden.

Für Biodiversitätsforscher ergeben sich dadurch einmalige Chancen, die Interaktionen zwischen verschiedenen Pflanzenarten zu untersuchen. UFZ-Forscher nutzen dazu Regenwaldmodelle wie FORMIND und FORMIX3. „Unser Modell umfasst zwischen 50.000 und 100.000 Bäume, und jede Veränderung muss für jeden Baum berechnet werden. So kommen pro Simulationslauf zwei Millionen Parametersätze zusammen. Auch Hochleistungsrechner brauchen dafür ein bis zwei Wochen“, erläutert Dr. Thorsten Wiegand vom UFZ.

Die jetzt veröffentlichten Ergebnisse entstanden im Rahmen des Projektes „Spatiodiversity“. Insgesamt zehn Wissenschaftler um die UFZ-Modellierer Dr. Thorsten Wiegand und Prof. Andreas Huth hatten in den letzten fünf Jahren mithilfe von Computermodellen Ökosysteme analysiert, um die Zusammensetzung und Dynamik von artenreichen Gemeinschaften in Tropenwäldern zu untersuchen. Diese Studien wurden vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit insgesamt über zwei Millionen Euro gefördert, da Fortschritte auf diesem Gebiet wichtig sind für den Schutz der Biodiversität im Zusammenhang mit Klima- und Landnutzungsänderungen und für die Berechnung von Kohlenstoffbilanzen.
Tilo Arnhold

Publikation:
Getzin S, Wiegand T, Hubbell SP. (2014): Stochastically driven adult–recruit associations of tree species on Barro Colorado Island. Proc. R. Soc. B, 20140922.
http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2014.0922

Die Studie wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC advanced grant no. 233066) und der National Science Foundation (NSF) gefördert sowie vom Center for Tropical Forest Science, dem Smithsonian Tropical Research Institute, der John D. and Catherine T. MacArthur Foundation, der Mellon Foundation, der Celera Foundation und zahlreichen Freiwilligen unterstützt.

Weitere Informationen:
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Dr. Stephan Getzin, PD Dr. habil. Thorsten Wiegand
Telefon: +49-(0)341-235-1719, -1714
http://www.ufz.de/index.php?de=32734
http://www.thorsten-wiegand.de/towi_ERC.html
oder über
Tilo Arnhold, Susanne Hufe (UFZ-Pressestelle)
Telefon: +49-(0)341-235-1635, -1635
http://www.ufz.de/index.php?de=640

Links:
ERC advanced grant „Spatiodiversity - Towards a unified spatial theory of biodiversity“
http://www.helmholtz.de/forschung/eu_projekte/ideen/erc_advanced_grants/spatiodi...

Hubbel Lab at the University of California:
http://www.stri.si.edu/english/scientific_staff/staff_scientist/scientist.php?id...
Center for Tropical Forest Science at the Smithsonian Tropical Research Institute
http://www.ctfs.si.edu/

Barro Colorado Island (BCI):
http://www.stri.si.edu/english/research/facilities/terrestrial/barro_colorado/

Wunder Regenwald - Warum leben in den Tropen so viel mehr Pflanzen- und Tierarten als im kühlen Norden? Der Ökologe Stephen Hubbell schlägt eine unkonventionelle Antwort vor (GEO Magazin Nr. 08/09):
http://www.geo.de/GEO/natur/fotogalerien/fotogalerie-wunder-regenwald-61421.html

Superhirn im Dienst der biologischen Vielfalt (Pressemitteilung vom 5. Mai 2014):
http://www.ufz.de/index.php?de=32710

ERC-Millionenförderung für Biodiversitätsforscher (Pressemitteilung vom 29. Oktober 2009):
http://www.ufz.de/index.php?de=19003

Tropische Baumarten gehen sich aus dem Weg - Räumliche Muster können helfen, die hohe Artenvielfalt tropischer Wäldern zu verstehen (Pressemitteilung vom 25. September 2007)
www.ufz.de/index.php?de=15138

Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg 1.100 Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert. http://www.ufz.de/

Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit fast 34.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3,8 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894). http://www.helmholtz.de/

Weitere Informationen:

http://www.ufz.de/index.php?de=33170

Susanne Hufe | UFZ News

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