Als Charles Darwin 1835 zum ersten Mal an Bord der HMS Beagle in die Tropen segelte, war er fassungslos. Der 26-jährige Naturforscher hatte erwartet, die gleiche Vielfalt an Pflanzen und Tieren zu finden, die er in den höheren Breiten von Plymouth, England, zurückgelassen hatte. Stattdessen fand er auf den milden Galapagos-Inseln eine Vielzahl von seltsamen und vielfältigen Kreaturen, die zusammen gedeihen.
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Darwin ruderte an Land, um die Gegend zu erkunden, und notierte in seinen Notizen, dass die Anzahl der verschiedenen „pflanzlichen und tierischen“ Bewohner auf winzigen tropischen Inseln auffallend höher war als an anderen Orten auf seiner Reise. Er fragte sich: Wie war es möglich, dass die Tropen so viel vielfältiger zu sein schienen als die nördlicheren Wälder Europas? Sollten diese dicht gedrängten Kreaturen nicht längst vom Aussterben bedroht sein?
Darwin fand nie die Antwort auf dieses spezielle Rätsel heraus (schließlich hatte er viel im Sinn), und so blieb die Frage ein weiteres Jahrhundert lang bestehen. Schließlich kamen Anfang der 1970er Jahre zwei Ökologen unabhängig voneinander auf die gleiche Hypothese, um das mysteriöse Phänomen zu erklären - zumindest bei Bäumen.
Daniel Janzen und Joseph Connell geben eine scheinbar kontraproduktive Erklärung ab. Möglicherweise, so stellten sie fest, wird die erstaunliche Pflanzenvielfalt, die wir in tropischen Wäldern finden, durch zwei Faktoren ermöglicht: das Vorhandensein von „natürlichen Feinden“, die auf bestimmte Arten abzielen und die Populationsgröße in Grenzen halten, und die Tendenz von Jugendlichen einer Art, sich in großer Entfernung niederzulassen von ihren Eltern, außerhalb der Reichweite dieser Raubtiere.
Bis vor kurzem konnten Forscher nur nachweisen, dass die Janzen-Connell-Hypothese in lokalisierten Studien zutrifft. Das Problem bestand darin, dass ihnen der Zugang zu den globalen Datensätzen fehlte, die zur Erklärung des breiteren planetarischen Musters einer vom Äquator zum Pol abnehmenden Diversität erforderlich waren. Jetzt zeigen Forscher in einer neuen Studie, die letzte Woche in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, dass dieser hypothetische Mechanismus tatsächlich für die globalen Trends in der biologischen Vielfalt der Wälder verantwortlich ist.
Myers hält einen tropischen Baumsämling im Amazonas-Regenwald in Peru. (Jonathan Myers) Im vergangenen Jahr reisten die Waldökologen Jonathan Myers und Joe LaManna zu einem Workshop nach Hainan, China. Der Schwerpunkt lag auf der Analyse von Daten, die vom weltweiten Forest Global Earth Observatory (ForestGEO) von Smithsonian, einem Netzwerk von 60 Wäldern auf der ganzen Welt, generiert wurden, die umfassend überwacht werden. Myers und LaManna, beide von der Washington University in Saint Louis, Missouri, wussten, dass ForestGEO den globalen Datensatz liefern konnte, den sie zur Beantwortung der Frage benötigten, die sie und andere Ökologen seit Darwins Reise gequält hat.
"Einer der bemerkenswerten Unterschiede zwischen gemäßigten und tropischen Klimazonen besteht darin, dass all diese" zusätzlichen "Arten sehr selten sind", sagt LaManna, Postdoktorandin und Erstautorin der neuen Studie. Bedenken Sie, dass gemäßigte Wälder mit Redwood-Bäumen von Wand zu Wand gepackt werden können, während die Tropen mit einer Vielzahl einzigartiger Bäume übersät sind, die oft isoliert von anderen Arten existieren. "Wie können diese seltenen Arten angesichts des Aussterbens bestehen?", Fragt Myers, Professor für Biologie und Mitautor der Studie.
Die Beantwortung dieser Frage erforderte ein gewaltiges Unterfangen. Der Datensatz bezifferte 2, 4 Millionen Bäume von 3.000 Arten auf eine genaue Art und Weise, um die Vergleichbarkeit in jedem Wald zu gewährleisten. Anschließend analysierten mehr als 50 Mitautoren aus 41 Institutionen, darunter der Smithsonian, die Daten, die 24 ForestGEO-Parzellen rund um den Planeten umfassten. "Es war viel", sagt LaManna. „Jeder Stiel mit einem Durchmesser von bis zu einem Zentimeter wird abgebildet, gemessen, markiert und identifiziert.“
Die herkulische Anstrengung hat sich gelohnt. Nach der Analyse der Daten stellten sie einen überraschenden Trend fest: In Gebieten mit einer höheren Anzahl ausgewachsener Bäume gab es weniger junge Setzlinge der gleichen Art. Dieses Muster war in den Tropen auffallend ausgeprägter als in den von ihnen untersuchten gemäßigten Regionen.
Dies bedeutet, dass im Gegensatz zu Ökosystemen mit höherem Breitengrad die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass Bäume in der Nähe des Äquators neben Nachbarn derselben Familie existieren. Es ist, als ob irgendwann die Baumeltern und ihre Setzlinge einstimmig zustimmten, dass es Zeit war, aus dem Keller zu ziehen. Außer in einem Wald können sich die Elternbäume nicht nur in ihrem leeren Nest wohlfühlen, wenn sie weiter voneinander entfernt leben. Für die Spezies ist es eine Frage von Leben und Tod.
"Bei Bäumen ist es weniger eine direkte Auswirkung des Elternbaums auf die Nachkommen", sagt Myers. "Es ist ein indirekter Effekt, bei dem die natürlichen Feinde, die die Erwachsenen angreifen, auch die Nachkommen angreifen." Diese Feinde könnten Krankheitserreger, Samenfresser oder Pflanzenfresser sein, die eine Art als Ziel haben. So wie dichte menschliche Populationen in Städten die rasche Ausbreitung übertragbarer Krankheiten ermöglichen, können diese Feinde einen dichten Wald derselben Art schnell zerstören.
Wenn sich Ihre Setzlinge jedoch weiter weg niederlassen, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Feind sie alle vernichtet. "Sie denken, dass Feinde einen schlechten Einfluss auf Bäume haben, insbesondere auf Bäume mit geringem Überfluss", sagt LaManna. "Aber sie können eine starke stabilisierende Kraft sein - [Feinde] können sie tatsächlich puffern und verhindern, dass sie aussterben." Man könnte sagen: Wer braucht bei solchen Feinden Freunde?
"Es hat die Art und Weise verändert, wie ich über Ökologie denke", sagt Myers. "Der Feind kann tatsächlich einen positiven Effekt auf die Erhaltung der seltenen Arten in diesen Gemeinschaften haben, insbesondere in den Tropen."
Krautige Raubtiere hinterlassen in Madidi, Bolivien, löchrige Blätter. (Jonathan Myers) Die Daten liefern eine überzeugende Erklärung dafür, warum wir die globalen Biodiversitätsmuster sehen, die wir beobachten, sagt Gary Mittelbach, Waldökologe und Professor für integrative Biologie an der Michigan State University, der nicht an der Studie beteiligt war. „Die Tatsache, dass sie es weltweit mit standardisierten Methoden zeigen konnten, hilft, die Idee zu festigen“, sagt Mittelbach.
Eine Schwäche der Studie ist, dass es, obwohl dies einen globalen Trend impliziert, keine Proben aus dem Norden Mitteleuropas oder dem Süden Papua-Neuguineas gibt. „Ich wünschte, sie hätten mehr [Wälder] in Asien und Europa, so dass nicht alle Wälder mit hohen Breitengraden in Nordamerika liegen“, sagt Mittelbach. Trotz des Mangels an Samples aus hohen Breiten bin ich „immer noch ziemlich überzeugt von dem Muster“, sagt er.
Obwohl die Forscher erfolgreich gezeigt haben, dass der von Janzen und Connell vorgebrachte Trend zutrifft, bleibt die Frage offen, was genau die Vielfalt der Tropen verursacht.
Myers spekuliert, dass die Stabilität des tropischen Klimas zu seiner reichen Artenvielfalt beitragen könnte, verglichen mit den drastischen Veränderungen, die sich im Laufe der geologischen Zeit in den höheren Breiten ereignet haben. "In der gemäßigten Zone hat es in den letzten Jahrtausenden viel mehr Störungen gegeben", sagt er. Mit "Störung" meint Myers Eisschilde, die in der Vergangenheit der Erde wiederholt durch Nordamerika geschleudert wurden.
Die Tropen haben solche Störungen nicht ertragen. Die Forscher führen die hohe Reproduktion und die niedrige Extinktionsrate tropischer Pflanzen- und Tierarten auf das relativ angenehme Klima zurück. Das hat sich für sie bisher gut bewährt, aber die Wälder auf der ganzen Welt verändern sich aufgrund volatilerer Klimamuster. Wenn zum Beispiel höhere Breiten wärmer werden, wandern gemäßigte Bäume langsam nach Norden.
"Es könnte einen direkten oder indirekten Einfluss des Klimas auf die Stärke der biotischen Wechselwirkungen zwischen Feinden und Bäumen geben", sagt Myers. "Wo es wärmer oder nasser ist, könnte man erwarten, dass Krankheitserreger einen stärkeren Einfluss haben."
Der globale Trend, den diese Forscher aufgedeckt haben, zeigt, wie sehr die Vielfalt des biologischen Lebens auf der Erde von kleinen Wechselwirkungen abhängen kann. "Dieser Mechanismus ist ein globaler Prozess, und wir sprechen von Interaktionen zwischen Erwachsenen, Jugendlichen und ihren spezialisierten Feinden im Maßstab von 10 Metern", sagt LaManna. "Diese sehr lokale Interaktion trägt zu einem Muster der Artenvielfalt auf der ganzen Welt bei."
