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Affen aus dem Weltraum zählen? Neue Methoden helfen die Artenvielfalt zu erfassen

21.07.2017

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat einen hochmodernen, multidisziplinären Ansatz entwickelt, der mittels neuer Technologien Artenvielfalt und Risiken für Wildtiere auf Landschaftsebene erfasst. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Ecology and Evolution“ erschienen. Das internationale Forschungsprojekt wird von dem Kunming Institute of Zoology in China, der University of East Anglia, der University of Leicester und dem Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) geleitet.

Durch die Kombination von Satelliten- und Bodendaten, hochauflösender Fernerkundung, neuesten genetischen Sequenziermethoden, automatischen Aufnahmegeräten und hochmoderner Statistik kann jetzt Biodiversität mit einer Genauigkeit erfasst werden, die bislang nicht möglich war.


Satellitendaten zeigen bedrohte Affenpopulationen auf der Erde.

University of Leicester / Dr Beth Cole

„Heutzutage gibt es zehnmal so viele aktive Satelliten wie in den 70er-Jahren. Die meisten Menschen verwenden Satellitenkarten auf ihren mobilen Geräten. Der europäische Kopernikus-Satellit stellt mittlerweile kostenfreie, weltweite Aufnahmen in einem Zeitintervall von fünf Tagen und in einer Auflösung von bis zu zehn Metern bereit. Und die neuartigen Kleinsatelliten mit einem Gewicht von zwei Kilogramm passen sogar in eine Einkaufstüte. Die Satellitentechnologie hat sich massiv weiterentwickelt und war noch nie in dieser Form zugänglich“, erklärt Heiko Balzter vom National Centre for Earth Observation der University of Leicester.

„Aber natürlich können die Satelliten die Tiere nicht direkt beobachten. Auch heute ist es noch nicht möglich, Affen aus dem Weltall zu sehen. Deshalb ist der Großteil der Biodiversität für Satelliten unsichtbar“, ergänzt Co-Leiter Douglas W. Yu der School of Biological Science der University of East Anglia.

Die Wissenschaftler mussten sich bisher auf Indikatoren wie die Landbedeckung oder die Distanz zu Straßen oder Siedlungen verlassen, um die Diversität der Arten und Landschaften abzuleiten. Moderne ökologische Modelle, die die Informationen von Satellitendaten mit den Daten über das Vorkommen von Arten aus Feldstudien kombinieren, ermöglichen jetzt jedoch nahezu eine Echtzeitbeobachtung der Einflüsse von Landschaftsveränderungen auf Biodiversität. „In unserer Forschungspublikation schlagen wir vor, den bisherigen, meist auf Einzeldisziplinen fokussierten Ansatz durch die Verwendung einer innovativen Kombination neuer Technologien zu ersetzen“, erklärt Yu.

Diese Technologien dienen der Bestimmung des Vorkommens und der Verbreitung von Tierarten. Sie beinhalten digitale automatische Aufnahmegeräte, die entweder Tierlaute in der Umgebung durch Mikrofone oder Fotos von sich bewegenden Tieren aufnehmen. Moderne genetische „Fingerabdrücke“ in Form von „Hochdurchsatz-Sequenzierungen“ von DNS liefern darüber hinaus Rückschlüsse auf das Vorkommen von Tierarten in den Untersuchungsgebieten.

Das genetische Material kann heute nicht-invasiv aus Urin, Exkrementen, Haaren, Federn oder Blut gewonnen werden. Zusätzlich liefern massenhaft gesammelte Proben kleiner wirbelloser Organismen, wie beispielsweise Mücken, eine weitere Quelle, um an das Blut der Wirte zu kommen. Yu sagt: „DNS-basierte Methoden sind wirkungsvolle Instrumente, um die Diversität von Arten zu erfassen. Aber letztendlich können wir die Diversität ganzer Landschaften nur erfassen, indem wir Satellitenbilder, Foto- und Audiodateien, genetische Daten und statistische Daten kombinieren“.

Balzter ergänzt: „Es hört sich vielleicht verrückt an – Satelliten, die die genetische Beschaffenheit des von Mücken gesaugten Blutes sehen können. Natürlich können sie das nicht ‚direkt‘ sehen, aber durch die Kombination von großen multidisziplinären Datensätzen können sie es schon. Wir müssen themenübergreifend arbeiten, um dies zu schaffen. Das sind jetzt sehr aufregende Zeiten. Wenn unsere Forschung dabei helfen kann, eine Art zu retten, dann tue ich etwas Sinnvolles in meinem Job als Universitätsprofessor."

Der neue Forschungsansatz ist aber nicht nur Zukunftsmusik. „Anfang des Jahres haben wir das erste Beispiel aus drei Forstgebieten in Sabah, dem malaysischen Teil Borneos, veröffentlicht", erklärt Andreas Wilting vom IZW. „Wir haben Daten von Kamerafallen in Kombination mit hochauflösenden Satellitendaten sowie modernen Modellen zum Entschlüsseln und Kartieren der Säugetierdiversität verwendet. So konnten wir zeigen, dass die Biodiversität der Säugetiere in dem nachhaltig bewirtschafteten, durch das Forest Stewardship Council (FSC) zertifizierten Gebiet höher war als in den konventionell bewirtschafteten Nachbargebieten. Dieses Beispiel zeigt, wie moderne Technologien dem Landmanagement helfen können, negative Auswirkungen auf die Biodiversität zu verringern.“

Viele Tierarten sind heutzutage vom Aussterben bedroht. Um diesem Artenverlust entgegen zu treten, haben sich weltweit die meisten Länder dem UN-Übereinkommen über die biologische Vielfalt (Convention on Biological Diversity) angeschlossen. Im Jahr 2010 wurden auf der 10. Vertragsstaatenkonferenz (COP) in Aichi, Japan, die Aichi-Biodiversitäts-Ziele vereinbart. Die vereinbarten Ziele sollen helfen, die Ursachen für Biodiversitätsverlust aufzuzeigen, den Druck auf die biologische Vielfalt zu vermindern sowie Ökosysteme und Arten zu schützen. Der Nutzen von Biodiversitäts- und Ökosystemleistungen soll verbessert und gemeinschaftliche Planung, Wissensmanagement und Erfahrungsaufbau ermöglicht werden.

Hauptautor Alex Bush vom Kunming Institute of Zoology in China und vom kanadischen Rivers Institute fasst zusammen: „Die Managemententscheidungen haben sich seit Jahren auf eine unzureichende Datenlage verlassen mit unbekannten Konsequenzen für die Erhaltung der Biodiversität. Mit den parallelen Entwicklungen in der Fernerkundung, der Genomforschung und der automatisierten Feld-Erfassung haben wir jetzt die notwendigen Werkzeuge, um Daten in großem Maßstab zu sammeln. Methoden zur Modellierung dieser ‚großen Datenquellen‘ sind bereits vorhanden und könnten das Management und den Erhalt von bedrohten Tierarten und Ökosystemen sowie den Nutzen, den sie bieten, in Zeiten eines intensiven globalen Wandels verbessern.“

Publikationen
Bush A, Sollmann R, Wilting A, Bohmann K, Cole B, Balzter H, Martius C, Zlinszky A, Calvignac-Spencer S, Cobbold CA, Dawson TP, Emerson BC, Ferrier S, Gilbert MTP, Herold M, Jones L, Leendertz FH, Matthews L, Millington JDA, Olson JR, Ovaskainen O, Raffaelli D, Reeve R, Rödel MO, Rodgers TW, Snape S, Visseren-Hamakers I, Vogler AP, White PCL, Wooster MJ, Yu DW (2017): Connecting earth observation to high-throughput biodiversity data. Nature Ecology and Evolution: DOI: 10.1038/s41559-017-0176.

Sollmann R, Mohamed A, Niedballa J, Bender J, Ambu L, Lagan P, Mannan S, Ong RC, Langner A, Gardner B, Wilting A (2017): Quantifying mammal biodiversity co-benefits in certified tropical forests. Diversity and Distributions: DOI: 10.1111/ddi.12530.

Kontakt
University of Leicester
Prof. Heiko Balzter, hb91@le.ac.uk

University of East Anglia
UEA Communications Officer
Lucy Clegg, Tel. +44 (0)1603 / 592764, lucy.clegg@uea.ac.uk

Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW)
Dr. Andreas Wilting, Tel. 030 / 5168 333, wilting@izw-berlin.de

Bildunterschrift:
Satellitendaten zeigen bedrohte Affenpopulationen auf der Erde.
Beispiel eines fernerkundlichen Ansatzes zum Erfassen von Ökosystemdienstleistungen. Basierend auf einem Hyperspektralbild von einem Torfgebiet wurde mittels einer „Partial least Square“- Regression die Vegetationskomposition in Falschbildfarben für krautige Pflanzen (rot), Sträucher (grün) und Moospflanzen (blau) erstellt.

Weitere Informationen:

https://www.nature.com/articles/s41559-017-0176
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ddi.12530/abstract

Dipl.-Geogr. Anja Wirsing | Forschungsverbund Berlin e.V.

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