Artenreichtum und Biomasse

Dabei konnten sie nachweisen, dass Ökosysteme mit einer reicheren Biodiversität produktiver sind und dass der Rückgang von Arten zu einem Verlust der Produktivität von Biomasse führt. Ihre Forschungsergebnisse erschienen unter dem Titel „Resource Stoichiometry and Consumers Control the Biodiversity – Productivity Relationship in Pelagic Metacommunities“ in der aktuellen Ausgabe von „The American Naturalist“.

Seit mehr als einem Jahrzehnt sind die Zusammenhänge von Biodiversität und der Produktivität von Ökosystemen unter Ökologen umstritten. Dabei geht es um die Frage, ob die Artenvielfalt die Funktionsfähigkeit von Ökosystemen erhöht. Diese Frage sei nicht nur von akademischem Interesse, erläutert Hillebrand, „denn der globale Artenschwund wird sehr drastische Auswirkungen auf das haben, was wir Ökosystemdienstleistung nennen. Kommt in Zukunft noch Fisch auf den Tisch, bestäuben Insekten auch weiterhin unsere Obstbäume im Alten Land, werden Regenfälle bald nicht mehr auf durchwurzelten, sondern auf erodierten Boden fallen?“

Ausgangspunkt für das Experiment von Hillebrand und Lehmpfuhl bildete die Forschung von Kevin Gross und Bradley J. Cardinale. Die beiden US-amerikanischen Forscher hatten 2007 ein Modell entwickelt, in dem die Produktion pflanzlicher Biomasse von Artenvielfalt und Nährstoffverfügbarkeit gemeinsam gesteuert wird.

Dabei ließen sie zwei wichtige Argumente der Biodiversitätsforschung zusammenfließen: Zum einen können Nährstoffe die Primärproduktion von Biomasse und die Vielfalt der Arten einschränken. Zum anderen beeinflusst die Artenvielfalt, wie wirkungsvoll Nährstoffe zur Biomasseproduktion genutzt werden.

Hillebrand und Lehmpfuhl überprüften das Modell in einem empirischen Verfahren: Im Labor kultivierten sie fünf Algen-Spezies unter verschiedenen Bedingungen. Dabei wurden die Konzentrationen essentieller Nährsalze variiert sowie die Zu- und Abwanderung zwischen künstlichen Lebensräumen ermöglicht. In einige Gefäße setzten sie Wimperntierchen, die sich von Süßwasser-Algen ernähren. Das Experiment konnte, so Hillebrand, wesentliche Annahmen des Modells von Gross und Cardinale bestätigen: „Die Artenvielfalt eines Lebensraums ist abhängig von der Konzentration seiner Nährstoffressourcen. Gleichzeitig aber beeinflusst die Biodiversität, wie gut pflanzliche Organismen diese Nährstoffe verwerten können“, erläutert der Biologe.

Doch die Ergebnisse des Experiments gehen über eine bloße Bestätigung des Modells der amerikanischen WissenschaftlerInnen hinaus: „Die Struktur und räumliche Ausdehnung von Ökosystemen spielen ebenso eine Rolle wie die Beschaffenheit der hier lebenden Tier- und Pflanzengemeinschaften“, so Hillebrand und Lehmpfuhl. In eng begrenzten Systemen – die AutorInnen sprechen hier von einer „lokalen Skala“ – werden Nährstoffe sehr effektiv genutzt, wenn die Lebensgemeinschaft durch wenige, aber hochproduktive Organismen dominiert wird. Durch die Verbindung der lokalen Systeme zu einer „regionalen Skala“ ergibt sich ein anderes Bild: „Ressourcen sind regional viel besser nutzbar, wenn viele verschiedene Organismen-Arten dieselbe Rolle spielen und nicht einige wenige dominant sind“, erklärt Hillebrand. Der Verlust von Arten werde also in regionalen heterogenen Systemen zu einem massiven Verlust der Produktivität führen.