Forschung

Was ist Funktionelle Biodiversitätsforschung?

Typische Fragestellungen der Arbeitsgruppe:

  • Warum sind artenreiche Wiesen produktiver als artenarme?
  • Was ist wichtiger beim Holzabbau: die Umwelt oder die Arteigenschaften?
  • Sind hyperdiverse Pflanzengemeinschaften auch funktionell vielseitiger?
  • Warum brennt der boreale Wald in Sibirien doppelt so häufig wie der in Kanada?
  • Wie schnell können Pflanzenarten auf den Klimawandel reagieren?

Die Funktionelle Biodiversitätsforschung stellt eine interdisziplinäre Synthese aus Spezieller Botanik, Pflanzenökologie, Vegetationsökologie und Ökosystemforschung dar. Sie integriert Theorien und Methoden aus diesen Fachrichtungen, besitzt aber auch eine Reihe von Besonderheiten. Sie ist in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts entstanden, um die ökologischen Konsequenzen des rapiden Artenverlusts und der Arealverschiebungen von Arten zu erforschen. Da es sich um einen relativ neuen Forschungszweig handelt, sei hier die Stellung der Funktionellen Biodiversitätsforschung im Kontext klassischer Disziplinen näher erläutert.

Biodiversität

Der Begriff Biodiversität bezeichnet zunächst die Vielfalt der biologischen Arten, ihrer genetischen Ausstattung sowie die Vielfalt der von ihnen gebildeten Gemeinschaften. In diesem Sinne wird Biodiversität per se seit vielen Jahrhunderten erforscht. In den Pflanzenwissenschaften geschah dies vor allem durch die systematische Forschung innerhalb der Speziellen Botanik, der Wissenschaft von den Pflanzenarten (lat. Spezies), und der Geobotanik. Um die Vielfalt zu ordnen, haben sich die Systematiker zunächst auf diejenigen morphologischen und anatomischen Merkmale konzentriert, die die Artunterscheidung ermöglichten und einen Aufschluss über Verwandtschaftsverhältnisse (Phylogenie) zuließen. Heutzutage schließt dies natürlich auch metabolomische und genetische Merkmale ein. 

Die Funktionelle Biodiversitätsforschung dagegen interessiert sich für diejenigen Pflanzenmerkmale, die funktionell bedeutsam sind – sowohl für das „Funktionieren“ der Organismen selber (autökologische Sicht) als auch des Ökosystems, in dem sie vorkommen (ökosystemare Sicht) (siehe Abbildung).

Der autökologische Zweig widmet sich der systematisch-vergleichenden Erforschung funktioneller Merkmale. Dies ist ein großangelegtes Unterfangen, das gerade erst begonnen wurde. Im Fokus stehen die Pflanzenarten in ihrer Vielfalt, weshalb der Speziellen Botanik eine zentrale Rolle in Forschung und Lehre zukommt. Aus den Mustern, die sich durch die Zusammenschau der funktionellen Merkmale vieler Arten ergeben, lassen sich grundlegende Prinzipien der Funktionsweise von Pflanzen ableiten, u.a.

  • die fundamentalen tradoffs, d.h. die evolutionär bzw. physikalisch möglichen Kombinationen von funktionellen Merkmalen,
  • die Gruppierung von Pflanzenarten zu funktionellen Typen,
  • der Zusammenhang zwischen Merkmalsausstattung einerseits und abiotischer und biotischer Umwelt sowie Störungen andererseits,
  • die phylogenetische und florenhistorische Bedingtheit des lokalen und regionalen Spektrums funktioneller Merkmale,
  • die Plastizitätsgrenzen und Evolutionsgeschwindigkeit funktioneller Merkmale.

Das Methodenspektrum umfasst (i) die Messung funktioneller Merkmale an Pflanzen, (ii) die Erfassung publizierter Merkmalsdaten und derer Kovariaten im systematisch-phylogenetischen Kontext in umfangreichen relationalen Datenbanken sowie (iii) die interspezifische Analyse der Merkmalsdaten mithilfe moderner statistischer Methoden (multivariate Analyse, hierarchical Bayes).

Ökosystem

Der ökosystemare Zweig erforscht die Auswirkungen dieser Merkmale auf Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen. Dafür kann das Vorhandensein einer ganz bestimmten Art (und ihrer spezifischen Merkmale) oder der Artenreichtum (und damit die Vielfalt der Merkmale bzw. die funktionellen Diversität) eine Rolle spielen. Es wird demnach zwischen Artidentitäts- und Artdiversitätseffekten unterschieden.

Methodisch kann der Einfluss dieser beiden Effekttypen auf Ökosystemfunktionen über empirische oder modellbasierte Verfahren untersucht werden. Innerhalb des empirischen Ansatzes arbeitet man mit Feldbeobachtungen oder Experimenten. Bei Ersterem untersucht man Ökosystemfunktionen entlang von Artdiversitäts- oder Artidentitätsgradienten in bestehenden Vegetationsstrukturen (z. B. Vergleiche zwischen Florenregionen unterschiedlicher Artausstattung). Bei Letzterem stellt man diese Gradienten experimentell her, so wie es beispielsweise derzeit im Jena Experiment oder im BEF China Projekt geschieht. Ziel beider Ansätze ist es, Hypothesen bezüglich des Zusammenhangs von Diversität/Identität und Ökosystemfunktionen zu testen. Für das Verständnis der zugrundeliegenden Wirkmechanismen werden diese Zusammenhänge oft mithilfe von Ökosystemmodellen nachvollzogen. Ökosystemmodelle sind prinzipiell in der Lage, Arteigenschaften in Systemverhalten zu übersetzen. Die Vorhersagen eines solchen Modells können mit der Realität konfrontiert werden, um zwischen Hypothesen zu differenzieren oder neue Hypothesen zu generieren.

Es bestehen wichtige Interaktionen mit dem Klimawandel und Landnutzungsänderungen. Diese Faktoren wirken sowohl auf die Vegetationsstruktur (und damit die funktionelle Diversität und Identität) als auch direkt auf die Ökosystemprozesse und -dienstleistungen. Das Klima beeinflusst die Vegetationsstruktur, indem das interspezifische Gefüge demographischer Prozesse modifiziert wird (z. B. Samenproduktion, Etablierung, Mortalität). Dies geschieht entweder direkt über artspezifisch unterschiedliche Klimasensitivitäten oder indirekt über klimaabhängige Änderungen im Störungsregime. Populationsbiologie und Vegetationsökologie spielen somit ebenfalls eine große Rolle in der Funktionellen Biodiversitätsforschung.

letzte Änderung: 04.11.2016