Säugetiere mit großem Körper spielen in Ökosystemen eine entscheidende Rolle. Sie schaffen Lebensräume, dienen als Beute, sorgen für das Gedeihen von Pflanzen und beeinflussen sogar die Ausbreitung von Waldbränden. Heute gibt es jedoch weniger als die Hälfte der großen Säugetierarten, die vor 50.000 Jahren lebten, und diejenigen, die noch übrig sind, sind durch den zunehmenden Klimawandel und menschliche Aktivitäten vom Aussterben bedroht.
Während das Aussterben von Säugetieren gut dokumentiert ist, hat sich nur sehr wenig Forschung mit den Auswirkungen dieser Verluste auf die differenzierte Art und Weise befasst, wie Säugetiergemeinschaften mit ihrer Umwelt interagieren. Forscher am Georgia Institute of Technology untersuchen mithilfe einer neuartigen Methode, wie die Funktionsfähigkeit von Säugetieren in ihrer Umwelt in der Vergangenheit bedroht war und mit welchen Herausforderungen sie in Zukunft rechnen müssen.
Jenny McGuire, außerordentliche Professorin an der School of Biological Sciences und Leiterin des Spatial Ecology and Paleontology Lab, und Daniel Lauer, ein Doktorand, blickten Millionen von Jahren in die Vergangenheit und beobachteten, wie und warum sich die Beziehungen ostafrikanischer Pflanzenfresser zu ihrer Umwelt veränderten über Raum und Zeit hinweg angesichts des Verlusts der biologischen Vielfalt.
Sie nutzten einen neuartigen Ansatz, um Modelle zu erstellen, die zeigen, wie sich bestimmte Säugetiermerkmale – wie Körpermasse und Zahnform – im Laufe der Zeit mit ihren sich verändernden Umgebungen entwickelten, und enthüllten die Faktoren, die den Verlust der Artenvielfalt verursachten, und wie sich die Verluste auf das Funktionieren von Säugetiergemeinschaften auswirkten. Ihre Methode bietet eine neue Strategie zur Untersuchung der Auswirkungen veränderter Ökologien und zur Priorisierung von Naturschutzbemühungen, um Säugetiergemeinschaften in der Zukunft zum Gedeihen zu verhelfen.
Ihre Forschungsbericht wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.
Die Daten zusammenfassen
Die Forscher untersuchten zunächst eine Datensammlung von 186 Standorten in ganz Ostafrika. Die Daten enthielten Aufzeichnungen von über 200 ausgestorbenen und 48 modernen Pflanzenfresserarten (einschließlich des afrikanischen Elefanten, der Giraffe und des Nilpferds) und zeigten, wo und wann jede Art zu einem bestimmten Zeitpunkt in den letzten 7,4 Millionen Jahren lebte.
Die Daten zeigten, dass die Artenvielfalt der Säugetiere in Ostafrika vor etwa 5 Millionen Jahren abzunehmen begann. Es zeigte sich auch, dass Aspekte des Rückgangs der Artenvielfalt zu mehreren Zeitpunkten auftraten und dass das Aussterben mit Umweltveränderungen und der Entstehung früher Menschen zusammenfiel. Aber McGuire und Lauer wollten mehr wissen.
„Wir fragten uns, was wir finden würden, wenn wir untersuchen würden, wie sich die physischen Merkmale der Säugetiere veränderten, wenn sich ihre Umgebung im Laufe der Zeit veränderte, anstatt nur Muster in ihrer Artenvielfalt zu betrachten“, sagte Lauer. „Das ist wichtig, denn wenn eine Säugetierart Eigenschaften besitzt, die gut zu ihrer Umgebung passen, ist sie besser in der Lage, zum Funktionieren dieser Umgebung beizutragen. Wenn das aber nicht der Fall ist, funktionieren die Umgebungen möglicherweise nicht so gut, wie sie könnten.“ “
Um ein umfassenderes Bild zu zeichnen, mussten sie die Artenvielfalt aus einer anderen Perspektive betrachten. Dies erforderte einen neuen Ansatz, der dazu führte, dass sie eine Methodik namens Ökometrie adaptierten.
Bei der Ökometrie handelt es sich um einen Ansatz, der die Beziehungen zwischen den Umweltbedingungen, in denen Tiergemeinschaften vorkommen – wie Wetter und Vegetation – und den funktionellen Merkmalen des Tieres untersucht, also Merkmalen, die seine biologische Leistung beeinflussen. Das Team konzentrierte sich auf drei Merkmale: Körpermasse, Zahnhöhe und Loph-Anzahl (die Anzahl der Leisten auf den Backenzähnen).
Jedes dieser Merkmale weist eine Beziehung auf, die davon abhängt, inwieweit eine Umgebung von Gräsern gegenüber Holzpflanzen dominiert wird. Wenn eine Art beispielsweise einen größeren Zahn hat, kann sie die abrasive Grasvegetation von Grasland länger angreifen. Mit einem kürzeren Zahn eignet sich eine Art stattdessen dazu, weichere, holzige Vegetation wie Sträucher zu fressen.
Für jedes der drei Merkmale erstellten sie ein Modell der Merkmal-Umwelt-Beziehungen. Sie verwendeten Merkmalsdaten, um abzuschätzen, wie die umgebende Vegetation in jeder Säugetiergemeinschaft im Laufe der Zeit aussah, insbesondere den Anteil von Bäumen und Sträuchern im Vergleich zu Grasland.
„Mithilfe unserer Modelle konnten wir Informationen über die in Säugetiergemeinschaften vorkommenden Merkmale nutzen, um abzuschätzen, wie die umgebende Vegetation aussah“, sagte Lauer. „Da diese Gemeinschaften zu unterschiedlichen Zeitpunkten existierten, konnten wir beobachten, wie konsistent die Beziehungen der Säugetiere zu ihrer Umwelt über die Zeit hinweg bestehen blieben.“
Störungen analysieren
Mithilfe ihres ökometrischen Rahmens entdeckten die Forscher einen wesentlichen Unterschied zwischen dem Rückgang der Artenvielfalt bei Säugetieren vor etwa 1,7 Millionen Jahren und jenen danach. Während die Artenvielfalt vor etwa 5 Millionen Jahren abzunehmen begann, blieben die Beziehungen zwischen Merkmalen und Umwelt trotz dieses Verlusts konstant.
Ihre Analyse zeigte, dass frühere Verluste der Artenvielfalt darauf zurückzuführen waren, dass sich Arten an Graslandumgebungen anpassten oder ihre bevorzugten Umgebungen über geografische Grenzen hinweg verfolgten. Kurz gesagt, dieser Verlust an biologischer Vielfalt hatte nicht unbedingt irgendeine negative Auswirkung auf die Fähigkeit der Säugetiergemeinschaften, in ihrer Umgebung ordnungsgemäß zu funktionieren.
Doch später, vor etwa 1,7 Millionen Jahren, als das Klima trockener und variabler wurde und der Baumbestand auf unter 35 % zurückging, kam es zu einer großen Verschiebung. Es kam zu einem raschen Rückgang der Anzahl und Vielfalt der Arten, zusammen mit einer erheblichen Störung der Beziehungen zwischen Merkmalen und Umwelt. Die Ergebnisse der Forscher deuten darauf hin, dass die in den letzten 1,7 Millionen Jahren aufgetretenen Verluste an biologischer Vielfalt im Gegensatz zu früheren Verlusten wahrscheinlich die Fähigkeit vieler Säugetierarten bedrohten, unter lokalen Umweltbedingungen gut zu funktionieren.
„Unsere Ergebnisse haben uns fasziniert, weil wir zwischen den verschiedenen Artenvielfaltverlusten und ihren Auswirkungen unterscheiden konnten“, sagte Lauer. „Diese Arbeit bestärkt die Idee, dass nicht alle Artenvielfaltverluste gleich sind.“
Schutz der Schwachen
Ihre Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Arten von Umwelt- und Klimaveränderungen, die sich künftig auf Säugetiere auswirken könnten. In der Vergangenheit, als die Veränderungen allmählich erfolgten und die Wildtiere sich frei in der Landschaft bewegen konnten, konnten sie sich problemlos an diese Umweltbedingungen anpassen.
Nun kann die Fragmentierung der Lebensräume von Wildtieren durch Zäune, Straßen und Städte die Fähigkeit der Wildtiere einschränken, sich an die raschen Umweltveränderungen anzupassen, die heute stattfinden. Dies wird durch das schnelle Tempo und die zunehmende Variabilität des heutigen Klimas noch verschärft, wodurch Tiere Gefahr laufen, ihre Fähigkeit zu verlieren, in ihrer lokalen Umgebung richtig zu funktionieren.
Zukünftig kann die Analyse des Teams Aufschluss darüber geben, welche Säugetiergemeinschaften bei künftigen Schutzbemühungen Vorrang haben sollten. Die Studie zeigt, dass von allen Gemeinschaften, die einen Verlust an biologischer Vielfalt erleiden, den am stärksten gefährdeten Gemeinschaften Vorrang eingeräumt werden sollte – den Gemeinschaften, deren Funktionsfähigkeit durch künftige Verluste an biologischer Vielfalt erheblich beeinträchtigt wird.
„Durch die Untersuchung der Vergangenheit können wir ein bemerkenswert klares Verständnis davon gewinnen, wie Tiere auf frühere Umweltveränderungen reagiert haben“, sagte McGuire. „Wir planen, mit Naturschutzfachleuten zusammenzuarbeiten, um unsere Erkenntnisse zu nutzen, um fundierte Strategien für den Schutz der am stärksten gefährdeten Säugetiergemeinschaften zu entwickeln.“
Mehr Informationen:
Daniel A. Lauer et al., Störungen der Merkmals-Umwelt-Beziehungen in der afrikanischen Megafauna traten im mittleren Pleistozän auf, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39480-8