Wie viele Arten dürfen sterben? Vom Sinn biologischer Vielfalt

Das weltweite Artensterben findet weitgehend unbemerkt von der Öffentlichkeit statt, obwohl erste wissenschaftliche Studien die herausragende Bedeutung biologischer Vielfalt für die Umwelt des Menschen belegen.

Weltweit sind etwa 1,75 Millionen verschiedene Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen bekannt. Wissenschaftler rechnen jedoch damit, dass die tatsächliche Artenzahl bei ca. 13 Millionen liegt. Andere Schätzungen reichen von 3 bis 100 Millionen Arten weltweit. Während fortlaufend neue Arten entdeckt und beschreiben werden, verschwinden andere für immer von unserem Planeten. Dieser Artenschwund hat sich in den letzten Jahrzehnten dramatisch beschleunigt, so dass die natürliche Aussterberate um das 50-100fache überschritten wird. Nicht nur schrumpfende tropische Regenwälder sind hierfür die Ursache, sondern auch die zunehmende Verbauung der Landschaft, Umweltverschmutzung und eine veränderte Landnutzung in den mittleren Breiten der Industrieländer. Welche Konsequenzen dieser Verlust an biologischer Vielfalt, der so genannten „Biodiversität“ (siehe Kasten), für die Ökosysteme unserer Erde und somit für den Menschen haben wird, ist momentan noch weitgehend ungeklärt.

Schon 1992 haben sich Regierungen in dem bisher weltweit größten Treffen der Vereinten Nationen, der Konferenz über Umwelt und Entwicklung (Conference on Environment and Development) in Rio de Janeiro, zum Handeln entschlossen. Mehr als 150 Regierungen unterzeichneten dort neben dem Übereinkommen zur Klimaveränderung (Convention on Climate Change) auch das Übereinkommen über die Biologische Vielfalt (Convention on Biological Diversity). Seither haben mehr als 175 Staaten weltweit diese Vereinbarungen ratifiziert. Während sich die Klimakonvention auf die Emission von Treibhausgasen – wie z.B. Kohlendioxid – bezieht, hat die Biodiversitätskonvention den Erhalt und die nachhaltige Nutzung der biologischen Vielfalt zum Ziel.

Vor diesem Hintergrund scheint es erstaunlich, wie wenig der Verlust an „Biodiversität“ bisher von der Öffentlichkeit wahrgenommen wird. Im Jahr 2002 führte das Institut für Umweltwissenschaften der Universität Zürich eine Pilotstudie mit Studierenden der Naturwissenschaften durch. Die Teilnehmer der Studie bekamen bepflanzte Gefäße vorgesetzt und sollten die Zahl der Pflanzenarten pro Topf abschätzen. Überraschender Weise zeigte sich schließlich, dass Artenreichtum von den befragten Studierenden der kaum als solcher erkannt wird. Je mehr Arten sich in den zu beurteilenden Pflanzgefäßen befanden, desto weniger Studierende schätzen deren Anzahl richtig ein. Während vier verschiedene Arten noch von 60 Prozent der Testpersonen richtig eingeschätzt wurden, lag die Zahl derjenigen, die eine Artenzahl von zehn korrekt erkannten, nur noch bei unter zehn Prozent. Besonders auffällig war dabei, dass Mischungen aus vier Pflanzenarten in ihrem Artenreichtum überschätzt, Zehn-Arten-Mischungen hingegen deutlich unterschätzt wurden. Obwohl 90 Prozent der Befragten keine der präsentierten Pflanzen beim Namen nennen konnten, sollte zur Unterscheidung zwischen artenreich und artenarm Erfahrung im Beobachten von Pflanzen und im Differenzieren von Formen ausreichen. Hier hatten die Testpersonen offensichtliche Defizite, die sie auch zugaben.

Die Bedeutung der Artenvielfalt für Ökosysteme ist heute eine zentrale Frage der modernen Forschung in der Biologie: Welchen Einfluss hat eine größere Artenzahl auf die Funktionsfähigkeit von Ökosystemen und wirkt sich ein Rückgang der Biodiversität negativ auf die natürliche Umwelt des Menschen aus? Diese Zusammenhänge zwischen Artenzahl und Funktionsfähigkeit von Ökosystemen lassen sich nur experimentell nachweisen, indem man die Artenzahl künstlich reduziert (oder erhöht). Die in den letzen 10 Jahren durchgeführten Versuche dieser Art zeigen zahlreiche positive Effekte der Biodiversität auf Ökosystemfunktionen. Das europaweit durchgeführte BIODEPTH-Projekt zeigt beispielsweise, was passiert, wenn in einer Wiese Arten verschwinden. Trotz der Unterschiede zwischen den einzelnen Standorten nahm im Durchschnitt mit jeder Halbierung der Anzahl von Pflanzenarten die oberirdische Pflanzentrockenmasse, sprich das Heu, um 80 Gramm pro Quadratmeter und Jahr ab. Ein überraschendes Ergebnis für manchen Wissenschaftler aus Ökologie und Landwirtschaft. Denn normalerweise erscheinen landwirtschaftliche Monokulturen uns als besonders produktiv, und man würde daher eher einen negativen Zusammenhang erwarten.

Das Resultat des BIODEPTH-Versuchs offenbart die Bedeutung der unterschiedlichen Eigenschaften verschiedener Arten. Beispielsweise wurzeln manche Pflanzen tief im Boden, andere hingegen dicht an der Oberfläche. Durch diese Form der „Arbeitsteilung“ in der Ressourcennutzung (Komplementarität) können sie zusammen mehr Nährstoffe aufnehmen als in Monokultur. Als Folge wurde aus den artenarmen Versuchsflächen des BIODEPTH-Experiments mehr Nitrat ins Grundwasser ausgewaschen als aus den artenreichen. Gelangt das Nitrat über das Grundwasser ins Trinkwasser, wird es im menschlichen Körper zu giftigem Nitrit umgewandelt, wo sich unter anderem krebserregende Nitrosamine daraus bilden können. Artenarme Ökosysteme können also durch erhöhte Nitratauswaschung indirekt sogar die Trinkwasserqualität verschlechtern.

Dieses Ergebnis deutet auch auf einen Einfluss der Biodiversität auf Stoffkreisläufe (neben Stickstoff insbesondere Kohlenstoff) hin, der zur Zeit in einem längerfristig angelegten Großversuch in Jena untersucht wird. Das interdisziplinär angelegte Projekt umfasst Arbeitsgruppen aus den Bereichen Hydrologie, Biogeochemie, Bodenkunde, Botanik und Zoologie. Auf Versuchsflächen von 20 x 20 m messen die beteiligten Wissenschaftler den Einfluss der Artenzahl und Identität auf Stoffflüsse über mehrere trophische Ebenen. Das heißt, es werden neben den Pflanzen auch ober- und unterirdisch lebende Tiere in der Untersuchung berücksichtigt.

Zusätzlich zu diesen direkten Auswirkungen der Biodiversität, die unter konstanten Umweltbedingungen sicht- bzw. messbar sind, gibt es auch indirekte Funktionen, die sich erst bei einer Veränderung der Umwelt (z.B. Klimaveränderung) auswirken. Dabei können vorher nachteilige Eigenschaften einer Art plötzlich zu einer verbesserten Anpassung führen. Es ist somit denkbar, dass eine unbedeutende Art nach einem Wandel der Umweltbedingungen plötzlich ungeahnte Bedeutung gewinnt. Auch das Auftreten von Arten mit gleichen bzw. ähnlichen funktionellen Eigenschaften gewinnt in diesem Zusammenhang eine neue Bedeutung. Denn durch diese „Redundanz“ können bei Ausfall einer Art andere an deren Stelle treten und somit quasi als Versicherung die Funktionsfähigkeit des Ökosystems gewährleisten. Nach dem Motto: Fällt einer aus, springen sofort andere für ihn ein und versuchen, seine Rolle so gut es geht zu übernehmen. Ein Hinweis für die Effektivität dieses Sicherheitsprinzips kann in der größeren räumlichen und zeitlichen Stabilität artenreicher Ökosysteme im Vergleich zu artenarmen gesehen werden.

Auch wenn die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen den Organismen noch am Anfang steht, zeigt sich schon jetzt die Bedeutung der Biodiversität für Funktionsfähigkeit und die Stabilität von Ökosystemen. Einen Verlust von einzelnen Arten kann das System durchaus vertragen. Hält das Artensterben hingegen an, dann bricht das Gefüge irgendwann auseinander.

Links zum Thema

• Institut für Umweltwissenschaften der Universität Zürich
• JenaExperiment der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Biodiversitätsexperiment in Jena)
• BIODEPTH-Projekt der EU
• Convention on Biological Diversity

Zur Person

Martin Schmitz (34) promoviert am Institut für Umweltwissenschaften der Universität Zürich und arbeitet im Biodiversitätsforschungsprojekt in Jena (JenaExperiment).

Literaturliste

• Bernhard Schmid. Biodiversität. Die funktionelle Bedeutung der Artenvielfalt, Biologie in unserer Zeit, 2003, 33, 356-365.
• Bernhard Schmid. Wie wirkt sich ein Rückgang der Artenvielfalt auf die Produktivität von Graslandökosystemen aus? Nova Acta Leopoldina NF 87, 328, 113-131.
• Secretariat of the Convention on Biological Diversity. Sustaining life on Earth. How the Convention on Biological Diversity promotes nature and human well-being. 2000.
• Petra Lindemann-Matthies. Das “Wiesenexperiment” – eine Pilotstudie über das Erkennen von Artenvielfalt durch Studierende. Natur und Landschaft, 2002, 77, 319-320