Innovative Methode sagt die Auswirkungen des Klimawandels auf Kaltblüter voraus

Angesichts eines sich erwärmenden Klimas, das tiefgreifende Auswirkungen auf die globale Biodiversität hat und die Verbreitung und Häufigkeit vieler Tiere verändern wird, hat ein von der Penn State geleitetes Forschungsteam ein statistisches Modell entwickelt, das die Schätzungen der Lebensraumeignung und der Aussterbewahrscheinlichkeit für Kälte verbessert -blutige Tiere, wenn die Temperaturen steigen.

Kaltblüter – eine vielfältige Gruppe, darunter Fische, Reptilien, Amphibien und Insekten – umfassen die meisten Arten auf der Erde. Die Körpertemperatur von Kaltblütern wird stark von der Temperatur ihrer Umgebung beeinflusst. Da ihr Wachstum, ihr Fortpflanzungserfolg und ihr Überleben eng an die Umgebungstemperatur gekoppelt sind, stellt der Klimawandel eine erhebliche Bedrohung für sie dar.

Das Verständnis der zukünftigen Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität ist eine globale Priorität, so Forschungsteamleiter Tyler Wagner, Wissenschaftler beim US Geological Survey und außerordentlicher Professor für Fischereiökologie an der Penn State. Aber vorherzusagen, wo und in welcher Menge eine Art bei zukünftigen Temperaturen existieren wird, sei äußerst schwierig, bemerkte er, da dies für viele Arten bedeutet, Reaktionen auf Temperaturen abzuschätzen, die die Tiere noch nicht erlebt haben und die Wissenschaftler noch nicht beobachtet haben.

Um die Auswirkungen des Klimawandels auf kaltblütige Tiere genauer abzuschätzen, entwickelten die Forscher in einer neuen Studie eine statistische Methode, um im Feld gesammelte Daten, die die Verbreitung und Häufigkeit vieler kaltblütiger Tiere beschreiben, mit aus dem Labor gewonnenen Informationen zu verschmelzen artspezifisches Temperaturverhalten und -toleranz.

In den heute veröffentlichten Ergebnissen in der Proceedings of the National Academy of Sciences, Wagner und Kollegen berichten über die Entwicklung eines innovativen statistischen Modellierungsansatzes. Ihr neu entwickeltes Modell, das sie „Physiologisch geführtes Abundanzmodell“ oder PGA-Modell nennen, kann auf fast alle kaltblütigen Tiere angewendet werden, und es wird angenommen, dass es ein großes Potenzial hat, die Bildung von Klimaanpassungs- und Managementstrategien zu unterstützen.

„Die Herausforderung bestand darin, diese beiden Informationsquellen zu kombinieren und im Labor gewonnene Informationen zu nutzen, um Vorhersagen im Landschaftsmaßstab unter zukünftigen Klimabedingungen zu treffen, die Tiere in ihren derzeitigen Verbreitungsgebieten nicht erleben“, sagte Wagner, stellvertretender Leiter der Pennsylvania Cooperative Fisch- und Wildtierforschungseinheit am College of Agricultural Sciences. „Das von uns erstellte Modell erfüllt dies.“

Das PGA-Modell kombiniert Beobachtungen des Artenreichtums und der Umweltbedingungen mit Labordaten zur physiologischen Reaktion kaltblütiger Tiere auf die Temperatur, um die geografische Verteilung und Häufigkeit von Arten als Reaktion auf eine sich erwärmende Welt vorherzusagen. Ohne die physiologischen Präferenzen der Arten in ein Modell einzubeziehen, schlägt Wagner vor, ist es schwierig, das Schicksal kaltblütiger Tiere realistisch vorherzusagen.

„Bei dem Versuch, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Verbreitung und Häufigkeit von Tieren vorherzusagen oder zu extrapolieren, verwenden Wissenschaftler heute oft nur Informationen, die die Beziehungen zwischen Häufigkeit und Verteilung und Temperatur unter den aktuellen Bedingungen beschreiben“, sagte er. „Diese Beziehungen werden dann verwendet, um unter zukünftigen Temperaturbedingungen zu extrapolieren.“

Dieser Ansatz geht jedoch davon aus, dass Art-Umwelt-Beziehungen bei zukünftigen Temperaturen biologisch bedeutsam sind, und berücksichtigt vor allem nicht die enge Verbindung zwischen Umgebungstemperaturen und der Physiologie kaltblütiger Tiere, erklärte Wagner.

„Obwohl kaltblütige Tiere zu wenig erforscht sind, wenn es darum geht zu verstehen, wie ihre Verbreitung und ihr Vorkommen auf den Klimawandel reagieren, sind diese Tiere relativ gut untersucht, wenn es um aus dem Labor gewonnene Informationen darüber geht, wie sich Änderungen der Umgebungstemperatur auf Physiologie und Leistung auswirken. “ er sagte. „Tatsächlich teilen die meisten kaltblütigen Tiere eine ähnliche funktionelle Reaktion in Bezug auf die relative Leistung bei steigenden Temperaturen, was auf eine Vielzahl von Taxa verallgemeinert werden kann.“

Die Forscher entwickelten ihr PGA-Modell unter Verwendung von Daten von drei Fischarten, die sich in ihrer thermischen Präferenz und Toleranz in mehr als 1.300 Seen im Mittleren Westen der USA unterscheiden. Sie verglichen die Ergebnisse des PGA-Modells mit denen eines herkömmlichen Modells, das die physiologischen Reaktionen der Arten nicht berücksichtigt. Bei der Untersuchung berücksichtigte Fische waren Cisco (Kaltwasser), Gelbbarsch (Kaltwasser) und Bluegill (Warmwasser).

Die Forscher prognostizierten die Artenverteilung und -häufigkeit an jedem See unter den aktuellen Bedingungen und für einen Anstieg der mittleren Wassertemperaturen um 1,8, 3,6, 5,4 und 7,2 Grad Fahrenheit (1, 2, 3, 4 Grad Celsius). Ein Anstieg um 4 °C (7,2 °F) entspricht dem prognostizierten durchschnittlichen regionalen Anstieg der Lufttemperatur im Mittleren Westen für den Zeitraum 2071–2100.

Während die Ergebnisse des traditionellen Modells nicht vorhersagten, dass eine der Fischarten durch den Klimawandel ausgerottet oder lokal vertrieben werden würde, zeigte das PGA-Modell, dass kälteangepasste Fische in 61 % ihres derzeitigen Lebensraums mit zunehmendem Wachstum aussterben würden Temperatur.

Gretchen Hansen, Assistenzprofessorin an der University of Minnesota und Mitautorin der Studie, schlug vor, dass Modelle, die physiologische Präferenzen nicht berücksichtigen, zu einer Unterschätzung des Risikos führen könnten, das der Klimawandel für kälteangepasste Arten darstellen könnte.

„Wir haben gezeigt, dass temperaturbedingte Veränderungen in der Verteilung, dem lokalen Aussterben und der Häufigkeit von kälte-, kälte- und wärmeangepassten Arten erheblich variierten, wenn physiologische Informationen in das Modell aufgenommen wurden“, sagte sie. „Das PGA-Modell lieferte im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen realistischere Vorhersagen unter zukünftigen Klimaszenarien und hat ein großes Potenzial, die Auswirkungen des Klimawandels auf kaltblütige Arten realistischer abzuschätzen.“

Zur Forschung an der Penn State trugen auch Christopher Custer, Doktorand am Department of Ecosystem Science and Management; sowie Erin Schliep, Institut für Statistik, North Carolina State University; Joshua North, Abteilung für Klima- und Ökosystemwissenschaften, Lawrence Berkeley National Laboratory; und Holly Kundel und Jenna Ruzich, Department of Fisheries, Wildlife, and Conservation Biology, University of Minnesota.