Die Pflanzen suchen Zuflucht auf unserem sich dynamisch verändernden Planeten

Pflanzen suchen wie Tiere und Menschen Zuflucht vor dem Klimawandel. Und wenn sie umziehen, nehmen sie ganze Ökosysteme mit. Um zu verstehen, warum und wie Pflanzen im Laufe der Zeit durch Landschaften gewandert sind, fordern Forscher an der Spitze des Naturschutzes einen neuen Rahmen. Der Schlüssel zum Schutz der Biodiversität in der Zukunft könnte darin liegen, die Vergangenheit zu verstehen.

Jenny McGuire, Assistenzprofessorin an den Schools of Biological Sciences und Earth and Atmospheric Sciences an der Georgia Tech, leitete ein Special Feature zum Thema Biodiversität in Die Proceedings der National Academy of Sciences zusammen mit Kollegen in Texas, Norwegen und Argentinien. In der Besonderheit „Die Vergangenheit als Objektiv für den Erhalt der Biodiversität auf einem sich dynamisch verändernden Planeten,“ heben McGuire und ihre Mitarbeiter die offenen Fragen hervor, die für erfolgreiche zukünftige Naturschutzbemühungen angegangen werden müssen. Das Feature bringt Naturschutzforschung zusammen, die die komplexe und sich ständig weiterentwickelnde Dynamik beleuchtet, die durch den Klimawandel und die sich ständig ändernde Art und Weise, wie Menschen Land nutzen, hervorgerufen wird. Diese Faktoren, sagte McGuire, interagieren im Laufe der Zeit, um dynamische Veränderungen zu erzeugen und die Notwendigkeit zu veranschaulichen, zeitliche Perspektiven in Erhaltungsstrategien einzubeziehen, indem man tief in die Vergangenheit blickt.

Ein Beispiel für diese in der Zeitschrift hervorgehobene Arbeit ist die von McGuire Forschung über Pflanzen in Nordamerikadas untersucht, wie und warum sie sich im Laufe der Zeit durch die Geographie bewegt haben, wohin sie gehen und warum dies wichtig ist.

„Pflanzen verschieben ihre geografischen Verbreitungsgebiete, und dies geschieht, ob wir es merken oder nicht“, sagte McGuire. „Wenn Samen fallen oder an entfernte Orte transportiert werden, ändert sich die Wahrscheinlichkeit, dass der Samen der Pflanze überleben und wachsen kann, da sich das Klima ändert. Die Untersuchung der Nischendynamik von Pflanzen über Tausende von Jahren kann uns helfen zu verstehen, wie sich Arten anpassen Klimawandel und kann uns lehren, wie wir die Biodiversität angesichts des bevorstehenden raschen Klimawandels schützen und erhalten können.“

Klimatreue: Eine neue Metrik zum Verständnis der Vulnerabilität

Der erste Schritt besteht darin, zu verstehen, welche Pflanzenarten das zeigen, was McGuire „Klimatreue“ nennt, und welche nicht. Wenn eine Pflanze klimatreu ist, bedeutet dies, dass die Pflanze ihrer bevorzugten klimatischen Nische treu bleibt und oft über Jahrtausende hinweg über Geographien wandert, um mit ihrem idealen Lebensraum Schritt zu halten. Pflanzen, die keine Klimatreue aufweisen, neigen dazu, sich angesichts des Klimawandels lokal anzupassen. Dem eigenen Klima treu zu sein, stellt sich heraus, bedeutet nicht unbedingt, einem bestimmten Ort treu zu sein.

Um den Fall der Bäume zu untersuchen, untersuchten McGuire und der ehemalige Georgia Tech-Postdoktorand Yue Wang (außerordentlicher Professor an der School of Ecology der Sun Yat-sen University in China) Pollendaten aus der Neotoma Paleoecology Database, die Pollenfossiliendaten aus Sedimentkernen enthält quer durch Nordamerika. Jeder Sedimentkern wird Schicht für Schicht beprobt, wodurch eine Reihe von Pollendaten aus verschiedenen Zeiten im Laufe der Geschichte erstellt werden. Die Daten enthalten auch Aufschlüsselungen der relativen Häufigkeit verschiedener Pflanzenarten, die durch die Pollenarten dargestellt werden – zum Beispiel Kiefer versus Eiche versus Gras – und zeichnen ein Bild davon, welche Pflanzenarten an diesem Ort zu welcher Zeit vorhanden waren.

McGuire und Wang untersuchten Daten von 13.240 fossilen Pollenproben, die an 337 Orten in ganz Nordamerika entnommen wurden. Für jede der 16 wichtigsten Pflanzentaxa in Nordamerika teilten sie die Pollendaten in sechs verschiedene Abschnitte oder „Bins“ mit einem Zeitraum von 4.000 Jahren ein, beginnend vor 18.000 Jahren bis heute. Wang verwendete die Daten, um alle Klimastandorte zu identifizieren, die fossile Pollen für jede einzelne Baumart – wie zum Beispiel Eiche – für jeden Zeitraum enthalten. Dann untersuchte Wang, wie sich das Klima jedes Baumes von einer Periode zur nächsten veränderte. Wang tat dies, indem er die Standorte von Pollentypen zwischen benachbarten Zeiträumen verglich, wodurch das Team feststellen konnte, wie und warum sich das Klima jeder Baumart im Laufe der Zeit veränderte.

„Dieser Prozess ermöglichte es uns, die Klimatreue dieser verschiedenen Pflanzentaxa zu sehen, was zeigt, dass bestimmte Pflanzen sehr beständige klimatische Nischen beibehalten, selbst wenn sich das Klima schnell ändert“, sagte Wang.

Ihre Ergebnisse zeigten beispielsweise, dass sich Fichten und Erlen nach Norden bewegten, als sich die nordamerikanischen Gletscher vor 18.000 Jahren zurückzogen, um die kühlen Temperaturen ihrer Lebensräume aufrechtzuerhalten.

Entscheidend ist, dass McGuire und Wang herausfanden, dass die meisten Pflanzenarten in Nordamerika in den letzten 18.000 Jahren eine langfristige Klimatreue gezeigt haben. Sie fanden auch heraus, dass Pflanzen, die weiter migrierten, das Klima in Zeiten des Wandels besser verfolgten.

Aber einige Pflanzen schnitten besser ab als andere. Zum Beispiel können die kleinen Samen von Weiden über weite Strecken fliegen und so ihr bevorzugtes Klima sehr gut verfolgen. Aber die großen Samen von Eschen beispielsweise können nur über kurze Entfernungen von den Elternbäumen verbreitet werden, was ihre Fähigkeit, das Klima zu verfolgen, behindert. Lebensraumstörungen durch den Menschen könnten es den Eschen noch schwerer machen, sich in neuen Regionen durchzusetzen. Wenn es keine angrenzenden Lebensräume für Eschen gibt, stehen ihre Samen unter dem Druck, sich noch weiter zu bewegen – eine besondere Herausforderung für Eschen, die ihre Wanderungsbewegungen noch mehr verlangsamen.

Das Gewebe des Lebens schützen

Positiv ist zu vermerken, dass die Forschung von McGuire und Wang durch die Identifizierung der Pflanzen, die in der Vergangenheit am empfindlichsten auf Klimaveränderungen reagierten, Naturschutzorganisationen wie The Nature Conservancy dabei helfen kann, Land zu priorisieren, auf dem die Biodiversität am anfälligsten für den Klimawandel ist.

Als letzten Schritt identifizierten McGuire und Wang „Klimatreue-Hotspots“, Regionen, die in der Vergangenheit eine starke Klimatreue gezeigt haben und deren Pflanzen am dringendsten umziehen müssen, wenn sich ihr Klima ändert. Sie verglichen diese Hotspots mit klimaresistenten Regionen, die von The Nature Conservancy identifiziert wurden und als Rückzugsgebiete für diese Pflanzen dienen könnten. Während sich Pflanzen in diesen widerstandsfähigen Regionen zunächst an den bevorstehenden Klimawandel anpassen können, indem sie ihre Verbreitung lokal verschieben, werden die Pflanzen wahrscheinlich vor großen Herausforderungen stehen, wenn die Kapazität einer Region für den Klimawandel aufgrund mangelnder Konnektivität und Lebensraumstörungen durch den Menschen überschritten wird. Die Verfeinerung dieser Prioritäten hilft den Interessenvertretern, effiziente Strategien zu identifizieren, damit das Gefüge des Lebens gedeihen kann.

„Ich denke, dass das Verständnis der Klimatreue, obwohl es eine neue und andere Idee ist, für die Zukunft sehr wichtig sein wird, insbesondere wenn man darüber nachdenkt, wie man den Schutz verschiedener Pflanzen angesichts des Klimawandels priorisieren kann“, sagte McGuire. „Es ist wichtig zu sehen, dass einige Pflanzen und Tiere anfälliger für den Klimawandel sind, und diese Informationen können dazu beitragen, stärkere Strategien zum Schutz der Artenvielfalt auf dem Planeten zu entwickeln.“