Citizen Science hilft zu erforschen, warum manche Pflanzen das Stadtleben lieben

In der Forschung veröffentlicht im Amerikanisches Journal der BotanikTammo Reichgelt, Assistenzprofessor am Department für Geowissenschaften der University of Connecticut, hat anhand von Daten der Bürgerwissenschaft gezeigt, dass manche Farne zwar lieber auf dem Land bleiben, andere jedoch in städtischen Gebieten gedeihen und bei der Milderung des städtischen Wärmeinseleffekts eine Rolle spielen könnten.

Reichgelt erklärt, dass das Projekt zunächst ein Hobby war und entstand, nachdem ihm bei einem Spaziergang ein merkwürdiges Phänomen aufgefallen war: „Mir fiel einfach auf: ‚Wow, hier gibt es viele Farne. Seltsam.‘“

Seltsam, denn er ging nicht durch den Wald oder ein anderes Gebiet, in dem Farne normalerweise gedeihen, sondern machte einen Spaziergang im Stadtteil Rockville von Vernon, umgeben von Asphalt, Beton und Ziegeln. Reichgelt ist ein aktives Mitglied der iNaturalist-Community, die eine App verwendet, in der Menschen Beobachtungen von Pflanzen und Tieren protokollieren, die sie in ihrer Umgebung entdecken. In iNaturalist bemerkte Reichgelt auch diese fehlplatzierte Präsenz von Farnen in von Menschen geschaffenen Umgebungen und stellte fest, dass dies anscheinend nur bei bestimmten Farnarten der Fall war.

Trotz dieser faszinierenden Beobachtung gibt es nur wenig Forschung über die Vorlieben von Arten für städtische Umgebungen. Doch aus diesen beiläufigen Beobachtungen ging ihm hervor, dass einige Farne in städtischen Umgebungen zu gedeihen schienen, während andere die Ruhe des Landlebens bevorzugten.

Reichgelt begann, verschiedene Städte in Connecticut zu besuchen, um neue Einträge zu protokollieren und herauszufinden, wie weit verbreitet diese Farne in städtischen Umgebungen sind.

„Besonders in alten Fabrikstädten in Connecticut wie Rockville, Willimantic oder Norwich, die tendenziell einen dichteren und älteren Stadtkern haben, gab es Felsenfarne an Gebäuden, Brücken und anderen Bauwerken. Es scheint, als würden sie Eisenbahnbrücken und Stützmauern besonders mögen“, sagt Reichgelt, der sich fragte, ob er eine Analyse durchführen könnte, die erklärt, was die Ansiedlung der Art in städtischen Gebieten bewirkt hat.

Nachdem Reichgelt über 22.000 georeferenzierte Beobachtungen – größtenteils von iNaturalist – für 16 im Nordosten vorkommende Felsenfarnarten gesammelt hatte, überlagerte er die Beobachtungsdaten mit Landnutzungsdaten des United States Geological Survey (USGS). Die Landnutzungsdaten halfen ihm, zwischen natürlichen Umgebungen und bebauten Flächen zu unterscheiden, und ermöglichten eine groß angelegte räumliche Analyse der Farnbeobachtungen und der Umgebungen, in denen sie gesichtet wurden. Und siehe da, Reichgelt stellte im gesamten Nordosten große Unterschiede zwischen den verschiedenen Felsenfarnarten fest.

„Über 50 % der Beobachtungen des Stumpfklippenfarns (Woodsia obtusa) erfolgten in stark bebauten Gebieten“, sagt er. „Der Purpurstängel-Klippenfarn (Pellaea atropurpurea) ist südlich von Connecticut häufiger, in bebauten Gebieten jedoch reichlich vorhanden. Eine überraschende Art ist der Tennessee-Bullet-Farn (Cystopteris tennesseensis), der in seinem natürlichen Verbreitungsgebiet selten ist, in den Vororten von Philadelphia aber zu gedeihen scheint.“

Durch seine Analyse fand Reichgelt heraus, dass die beiden wesentlichen Klimavariablen, die die städtischen Farne von den auf dem Land verbliebenen Arten unterscheiden, die durchschnittliche Sommertemperatur und die höchste Sommertemperatur sind.

„Das bedeutet, dass diese Pflanzen an heiße Umgebungen angepasst sein müssen, um in einer städtischen Umgebung überleben zu können. In städtischen Gebieten ist es im Sommer tendenziell viel heißer als in ihrer ländlichen Umgebung, hauptsächlich aufgrund der hohen Wärmekapazität von Baumaterialien wie Beton und Asphalt. Dieses Phänomen ist als urbaner Wärmeinseleffekt bekannt“, sagt Reichgelt. „Die Tatsache, dass diese Farnarten an heißere Umgebungen angepasst sind, scheint sie für das Gedeihen in städtischen Umgebungen prädisponiert zu haben. Bei den 11 Arten, die in städtischen Umgebungen nicht wachsen, scheint es, dass sie den städtischen Wärmeinseleffekt nicht vertragen.“

Das heißt allerdings nicht unbedingt, dass die anderen überhaupt nicht auf von Menschenhand geschaffenen vertikalen Flächen wachsen. Sie tun das lediglich nicht in städtischen Umgebungen, sagt Reichgelt.

Ein Beispiel ist der Felsentüpfel (Polypodium virginianum), der problemlos auf von Menschenhand errichteten Mauern wächst, solange er von anderer Vegetation geschützt wird. Ein weiteres Beispiel ist der Mackay-Zartfarn (Cystopteris tenuis), der überall in Connecticut auf Brückenpfeilern wächst, sofern er sich nicht in einer städtischen Umgebung befindet. Reichgelt vermutet, dass diese Arten in Städten nicht vorkommen, wahrscheinlich weil die Sommertemperaturen dort einfach zu hoch werden.

Ein nützlicher Aspekt der Verwendung von Citizen Science-Daten wie denen von iNaturalist ist, dass die Beobachtungen von überall her stammen können, wo sich auch Citizen Scientists aufhalten. Dies erweitert die Vielfalt der verfügbaren Daten und macht Studien wie diese möglich. Laut Reichgelt stammen die Daten zum Vorkommen im Allgemeinen aus Herbarien, deren Forscher die Daten normalerweise auf Probeflächen in natürlichen Umgebungen sammeln.

„Nur sehr selten würden Forscher in städtischen Umgebungen Beobachtungen durchführen. Daten aus der Bürgerwissenschaft sind eine interessante neue Informationsquelle, die andere Informationsquellen schnell verdrängt. Die Einbeziehung städtischer Lebensräume ist ein Beispiel für einen Vorteil der Nutzung der Bürgerwissenschaft. Dennoch haben Wissenschaftler gerade erst begonnen, potenzielle neue Verzerrungen zu untersuchen, die nur der Bürgerwissenschaft eigen sind.“

Reichgelt ist Paläobotaniker und erforscht die Klimazonen der Erde in der Antike und die Pflanzen, die in ihnen gediehen. Dies scheint ein ungewöhnlicher Hintergrund zu sein, um zu untersuchen, warum manche Farne ihren Lebensraum in städtische Gebiete ausdehnen.

In seinen Paläoklimastudien nutzt Reichgelt das heutige Pflanzenspektrum, um die klimatischen Bedingungen zu verstehen, unter denen eine fossile Pflanze gelebt haben könnte.

„Nehmen wir an, Sie finden ein Palmenfossil in der Arktis. Ich verwende die heutige Klimanische der Palmen, um das damalige Klima der Arktis zu rekonstruieren. Dabei stütze ich mich auf Daten zum heutigen Vorkommen. Sie können eine ähnliche vorkommensbasierte Klimanischenanalyse verwenden, um herauszufinden, warum verschiedene Farnarten in städtischen Umgebungen wachsen.“

Reichgelt fand nicht viele veröffentlichte Studien, die ähnliche Beobachtungen untersuchten, und keine speziell zu Farnen. Dieses Projekt hat sich zu einem unerwartet interessanten Kaninchenloch entwickelt, das Reichgelt gerne weiter erforschen möchte. Er plant, physiologische Unterschiede zwischen Farnen in beiden Umgebungen zu vergleichen und Aspekte der Mikroumgebungen zu untersuchen, in denen die Farne beobachtet werden.

„Ich möchte vergleichen, ob städtische und ländliche Farne unterschiedliche funktionelle Merkmale aufweisen. Zum Beispiel, ob sie sich in ihrer Wasserregulierung unterscheiden oder wie sie Photosynthese betreiben. Mit anderen Worten: Welche Anpassungen ermöglichen es bestimmten Farnen, in städtischen Umgebungen zu gedeihen?“

Diese Erkenntnisse sind deshalb von Nutzen, weil die Erkenntnis, dass diese Arten in von Menschenhand geschaffenen Umgebungen gedeihen, für Forscher von Nutzen sein könnte, die nach Wegen suchen, um gesundheitsbezogene Probleme in städtischen Umgebungen, wie z. B. städtischen Wärmeinseln, zu mildern. Besonders nützlich könnten Farne sein, da sie offenbar auch ohne menschliches Eingreifen gedeihen.

„Das Merkwürdige an diesen Stadtfarnen ist, dass sie an Orten wachsen, die nicht gepflegt werden“, sagt er. „Sie sind in der Gegend heimisch, werden aber in diesen städtischen Umgebungen zu Unkraut. Etwas zu haben, das in einem städtischen Gebiet überleben und die Hitze absorbieren kann, kühlt die Stadt ab. Ein Baum hat eine große Oberfläche, daher ist es sehr sinnvoll, sich auf Bäume oder Ranken zu konzentrieren.“

„Wenn Sie jedoch ein vielfältiges städtisches Ökosystem schaffen möchten, müssen Sie eine vielfältige Artenvielfalt einbeziehen, da ein Ökosystem von Grund auf aufgebaut wird. Farne sind relativ einfach und billig anzubauen, da die Ansiedlung von Farnen in städtischen Gebieten buchstäblich nur eine Frage mangelnder Pflege zu sein scheint.“