VL Biodiversität als Naturressource

• Mittel, das in einem Prozess genutzt werden kann

• „Ressource“ beschreibt also Nutzbarkeit (nicht automatisch Nachhaltigkeit)

• Naturressource = Ressource, die Bestandteil der Natur ist

• dazu zählen:

  • erneuerbare & nicht erneuerbare Primärrohstoffe

  • physischer Raum (Fläche)

  • Umweltmedien (Wasser, Boden, Luft)

  • strömende Ressourcen (z. B. Wärme-, Wind-, Gezeiten-, Sonnenenergie)

  • Biodiversität

• Nutzung: jeglicher Zugriff auf die Ressource

• Verbrauch: Umwandlung, sodass sie nicht mehr in ursprünglicher Form nutzbar ist

• Verbrauch → häufig nicht nachhaltig

• Nahrungsmittel stammen aus Biodiversität (Pflanzen, Tiere, Pilze etc.)

• Biodiversität → Basis der Ernährung (Produktion/Verfügbarkeit/Vielfalt)

• Rohstoffe aus Organismen (v. a. Pflanzen, teils Tiere)

• Beispiele (aus den Folienbildern):

  • Holz/Bau (Hausbau)

  • Fasern/Textilien

  • weitere Naturmaterialien

• Bionik = Technik inspiriert von biologischen Vorbildern

• Beispiele:

  • Otto Lilienthal (1889): Vogelflug → Grundlagen der Flugtechnik

  • Lotuseffekt: Selbstreinigung durch Wasserabperlen an feiner Oberflächenstruktur

  • Lotuseffekt in den 1970ern von Wilhelm Barthlott erforscht (Barthlott & Neinhuis 1995)

• viele Arzneimittel:

  • in Pflanzen/Tieren/Pilzen/Bakterien entdeckt

  • teils noch direkt aus ihnen gewonnen

• Beispiele:

  • Acetylsalicylsäure (schmerzstillend, entzündungshemmend)

  • Morphium (schmerzstillend)

  • Tectitethya crypta → Azidothymidin (HIV/AIDS)

• Beispiel: Echte Arnika (Arnica montana) stark gefährdet (v. a. Lebensraumzerstörung)

• nur ca. ~50% der vaskulären Pflanzen auf pharmazeutischen Nutzen untersucht

• 40–75% aller vaskulären Pflanzen sind vom Aussterben bedroht

• Folge: Unbekanntes Potential geht verloren (z. B. neue Wirkstoffe)

• Biodiversität ist mehrdimensional

• Artenzahl (Species richness) ist nur ein Aspekt (taxonomisch)

• weitere Ebenen: genetisch, Ökosysteme, Funktionen, Verwandtschaft etc.

• „Variabilität zwischen lebenden Organismen“ (terrestrisch, marin, aquatisch …)

• umfasst Vielfalt:

  • innerhalb der Arten (genetische Diversität)

  • zwischen den Arten (Arten-/taxonomische Diversität)

  • in Ökosystemen (Ökosystem-/Habitatdiversität)

• genetische Diversität: genetische Variabilität/Vielfalt von Organismen

• taxonomische Diversität: Vielfalt an Arten/Gattungen/…

• ökologische Diversität: Vielfalt von Lebensräumen/Ökosystemen

• kompositionelle Diversität: „Welche Einheiten sind da?“ (z. B. Artenliste, taxonomische Diversität)

• strukturelle Diversität: räumliche Anordnung/Struktur (z. B. Habitatheterogenität)

• funktionelle Diversität: Abundanz & Divergenz funktioneller Gruppen/Traits

• um den Nutzen von Biodiversität als Ressource untersuchen zu können, muss sie zuerst erfasst werden

• ohne Messung/Indikatoren: kein Vergleich, keine Bewertung, kein Management

• einfach zu erfassen

• gut zu quantifizieren

• schnelle Vergleiche möglich

• lange Tradition → Vergleiche über lange Zeiträume (Whittaker 1960)

• α-Diversität: Diversität innerhalb einer Beobachtungseinheit (z. B. ein Plot)

• β-Diversität: Diversität zwischen Beobachtungseinheiten (Unterschiede/Turnover)

• γ-Diversität: Diversität aller Beobachtungseinheiten zusammen (Gesamtregion)

• In den Folien: Beispiel mit „Site 1“ und „Site 2“

• Wichtige Merksätze:

  • β kann z. B. über Sørensen-Index oder Horn-Index beschrieben werden

  • Beziehung: α * β = γ (als anschauliche Verknüpfung)

• Arten haben unterschiedliche Funktionen (z. B. Zersetzer, Bestäuber …)

• oder: sie erfüllen die gleiche Funktion unterschiedlich effizient/auf unterschiedliche Art

• funktionelle Diversität betrachtet Traits/Funktionsgruppen, nicht nur Artenzahl

• Maß für den Grad der evolutionären Verwandtschaft in einer Gemeinschaft

• hängt oft mit funktioneller Diversität zusammen:

  • nah verwandte Arten sehen sich oft ähnlicher

  • und erfüllen häufig ähnliche Funktionen

• physikalischer, chemischer oder biologischer Prozess

• Arten können an einer oder mehreren Funktionen beteiligt sein

• „Funktionieren“ eines Ökosystems = Gesamtheit der ablaufenden Prozesse

• anthropogener Nutzen wird oft als:

  • Ökosystemdienstleistungen

  • bzw. Nature’s Contributions to People (NCP) beschrieben

• wichtig: Das ist die Nutzensicht auf Funktionen/Prozesse

• Ökosysteme werden z. B. durch Menschen gestört (Ökosystemdegradation)

• Degradation → Funktionalität nimmt ab (z. B. durch Artverlust)

• Stärke der Degradation hängt ab von Resistenz

• Dauer der Degradation hängt ab von Resilienz

• Resistenz: wie stark eine Funktion bei Störung „einbricht“

• Resilienz: Fähigkeit, nach Störung grundlegende Funktionalität zu behalten/wiederzuerlangen

  • statt in einen anderen Zustand überzugehen

• Foliengrafik zeigt: Resistenz = „Einbruchhöhe“, Resilienz = „Erholungsweg/-zeit“

• Klimasystem hat potenzielle Kipppunkte (Rahmstorf et al. 2019)

• Kipppunkte = Übergänge, nach denen sich Systeme sprunghaft/irreversibel verändern können

• Relevanz zur Biodiversität: Stabilität/Resilienz kann überschritten werden

• funktionelle Redundanz: Gelb (durchgezogen/gestrichelt), mehrere Arten/Traits erfüllen die gleiche Funktion

• Nietenhypothese: Gelb (gepunktet), sukzessiver Zusammenhang

• Singularhypothese: Grün, jede Art/Trait spezifischer Beitrag

• Ökosystemfunktion für bestimmtes Biodiversitätswert-Maximum: Blau, höhere Biodiversität führt zu Verschlechterung

• Keystone Species: Rot, einzelne Art/Trait erfüllt Schlüsselrolle

• kein Zusammenhang: Lila

• keine Vorhersage möglich: Schwarz

• „stark interagierende Art“ mit großem Top-down-Effekt auf Artenvielfalt & Konkurrenz

• Effekt ist groß im Verhältnis zu ihrer Dominanz (Biomasse) innerhalb einer funktionellen Gruppe

• klassische Top-down-Kaskade (Bildbeispiel):

  • Räuber beeinflusst Herbivore

  • Herbivore beeinflussen Produzenten/Habitat (z. B. Seeigel–Kelp–Seeotter-Logik)

• Ergebnis: Eine Art kann „ganze Systeme“ strukturieren

• Organismen, die Verfügbarkeit von Ressourcen für andere kontrollieren, indem sie:

  • physikalische Zustände in biotischem/abiotischem Material verändern

  • direkt oder indirekt

• Kerngedanke: Sie bauen/umbauen Lebensräume

• Beispiel in den Folien: Biber

• Wirkung: verändert strukturelle Diversität von Landschaften (z. B. durch Dämme/Überflutungen)

• Folge: neue Habitate → andere Arten profitieren/werden ausgeschlossen

• Produzenten: Photo-/Chemoautotrophe Organismen

• Konsumenten: Chemoheterotrophe Organismen

• Photosynthese-Gleichung: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

• Bruttoprimärproduktion (BPP): Rate, mit der Licht in chemische Energie (Biomasse) umgewandelt wird

• Primärproduktion ist schwer zu messen

• NPP = BPP – Energieverlust durch Atmung

• Unterschied:

  • Primärproduktion: Umsatzrate von Energie/Volumen/Zeit

  • Biomasseproduktion: Masse/Volumen organischen Materials

• hohe Produzenten-Biomasseproduktion → ermöglicht hohe Biomasse höherer trophischer Ebenen

• Folie zeigt drei Perspektiven:

  • (A) Anteil an Erdoberfläche je Ökosystemtyp

  • (B) durchschnittliche NPP (g/m²/Jahr)

  • (C) Anteil an globaler Gesamt-NPP

• Kernaussagen aus den Sprechblasen:

  • Offener Ozean: NPP pro Fläche niedrig, aber sehr große Fläche

  • Tropischer Regenwald: kleine Flächenanteile, aber sehr produktiv

  • Algenbänke/Korallenriffe: sehr hohe NPP, aber selten

• experimentelle Zusammenstellung verschiedener Pflanzenarten

• typisches Ergebnis: mehr Arten → oft mehr Biomasse/Produktivität

• Bezug: Mueller et al. (2013) (in den Folien genannt)

• Primärproduktion hängt grundsätzlich von der relativ knappsten Ressource ab

• limitierende Faktoren je nach Ökosystem:

  • Stickstoff, Phosphor, Kohlenstoff, Licht, Wasser, Temperatur …

• multiple limitation möglich (mehrere Faktoren begrenzen gleichzeitig)

• neben Artenzahl ist auch Evenness wichtig (Gleichverteilung der Häufigkeiten)

• Evenness kann beeinflussen:

  • wie effizient Ressourcen genutzt werden

  • wie stark einzelne Arten dominieren

• Folie thematisiert: Produktivitätsabnahme von Wäldern, wenn

  • 10% (bis 99%) der Baumarten aussterben

• Kerngedanke: Baumartendiversität kann Produktivität stabilisieren/steigern

• Artenvielfalt kann N-Auswaschung verringern

• Effekt ist stark abhängig von der funktionellen Gruppe der Pflanzen

• Begriffe aus der Folie:

  • Total N deposition: Eintrag über Niederschlag

  • N fixation: durch Bakterien (v. a. Leguminosen)

  • NEA: nitrifying enzyme activity

  • DEA: denitrifying enzyme activity

  • DON: dissolved organic nitrogen

  • TDN: total dissolved nitrogen

Anzahl der Pflanzenarten kann Kohlenstoffgehalt im Boden erhöhen

• Baumartendiversität erhöht:

  • oberirdischen Kohlenstoffspeicher (AGC)

  • unterirdischen Kohlenstoffspeicher (BGC)

• Einschränkung in den Folien:

  • Muster scheinen nicht in borealen Gebieten aufzutreten

  • dort ist Feuerregime relevanter

• Abbau = Rückführung von Nährstoffen durch Mineralisationsprozesse

• wichtig für Nährstoffkreisläufe und Bodenfruchtbarkeit

• Biomasseumsatz/Abbaurate wird limitiert durch:

  • Temperatur

  • Feuchtigkeit

• meist positive Effekte von Pflanzendiversität auf Bodenmikroben

• betrachtet werden:

  • taxonomische Pflanzendiversität

  • funktionelle Pflanzendiversität

• Merksatz: mehr mikrobielle Biomasse → mehr Umsatz organischen Materials

• „Generell gilt: Vergleiche immer Kontextabhängig“

• Distance Decay: Ähnlichkeit von Gemeinschaften nimmt mit Distanz ab

• Folge: Ergebnisse sind abhängig von Region/Standort/Umweltbedingungen

• holzzersetzende Pilze oft hoch spezialisiert auf bestimmte Baumarten

• Abbau (z. B. von Totholz) stark abhängig von:

  • Zersetzergemeinschaften

  • Region

• manche Arten sind extrem kompetitiv

• nutzen Ressourcen sehr effizient

• Konsequenz: Funktion (z. B. Abbau) kann stark von wenigen Arten geprägt sein

• Beispiel: Mykorrhiza = Mutualismus Pilz ↔ Pflanze

• Pilz liefert/verbessert:

  • Wasseraufnahme

  • Nährstoffaufnahme

  • Schutz vor Boden-Pathogenen

• Pflanze liefert:

  • Kohlenhydrate

• Häufigkeit:

  • ~90% aller Pflanzenarten mykorrhiziert

  • Gymnospermen fast 100%

• Dominanz einzelner Mykorrhizatypen → geringere

  • Baumartendiversität

  • Produktivität

• wichtig: nicht nur „reine Artenzahlen“ entscheiden, sondern Interaktionen/Typen/Dominanz

• phylogenetische Diversität kann mit Ökosystemfunktionen zusammenhängen

• Idee: evolutionäre Unterschiedlichkeit → unterschiedliche Traits/Funktionen → Effekte auf Prozesse