Neue globale Karte der Biodiversität der Ameisen enthüllt Gebiete, die unentdeckte Arten verbergen könnten

Sie sind Jäger, Bauern, Erntearbeiter, Segelflugzeuge, Hirten, Weber und Zimmerleute. Sie sind Ameisen, und sie sind ein großer Teil unserer Welt, sie umfassen über 14.000 Arten und einen großen Teil der tierischen Biomasse in den meisten terrestrischen Ökosystemen. Wie andere Wirbellose sind Ameisen wichtig für das Funktionieren von Ökosystemen. Sie spielen eine wichtige Rolle, von der Belüftung des Bodens und der Verteilung von Samen und Nährstoffen bis hin zum Aasfressen und Jagen anderer Arten. Eine globale Betrachtung ihrer Vielfalt fehlt jedoch. Jetzt haben Forscher der Biodiversity and Biocomplexity Unit am Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) in Zusammenarbeit mit mehreren Instituten auf der ganzen Welt eine hochauflösende Karte entwickelt, die vorhandenes Wissen mit maschinellem Lernen kombiniert, um das Globale abzuschätzen und zu visualisieren Vielfalt der Ameisen. Die Karten und der Datensatz wurden in einem Artikel in veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.

„Diese Studie trägt dazu bei, Ameisen und wirbellose Landtiere im Allgemeinen in die Diskussion über den Erhalt der Biodiversität einzubeziehen“, sagte Prof. Evan Economo, der die Abteilung für Biodiversität und Biokomplexität leitet. „Wir müssen die Standorte von Hochdiversitätszentren für wirbellose Tiere kennen, damit wir die Bereiche kennen, die im Mittelpunkt zukünftiger Forschung und des Umweltschutzes stehen können.“

Prof. Economo fügte hinzu, dass die Ressource auch dazu dienen wird, eine Reihe biologischer und evolutionärer Fragen zu beantworten, beispielsweise wie sich das Leben diversifizierte und wie Diversitätsmuster entstanden.

Dieses jahrzehntelange Projekt begann, als Dr. Benoit Guénard, Co-Erstautor der Studie und ehemaliger OIST-Postdoc (jetzt an der University of Hong Kong), mit Prof. Economo zusammenarbeitete, um eine Datenbank mit Vorkommensaufzeichnungen für verschiedene Ameisenarten aus Online-Repositorien zu erstellen. Museumssammlungen und rund 10.000 wissenschaftliche Publikationen. Forscher auf der ganzen Welt trugen dazu bei und halfen, Fehler zu identifizieren. Es wurden mehr als 14.000 Arten berücksichtigt, die sich in der Menge der verfügbaren Daten stark unterschieden.

Die überwiegende Mehrheit dieser Aufzeichnungen enthielt zwar eine Beschreibung des abgetasteten Ortes, enthielt jedoch nicht die genauen Koordinaten, die für die Kartierung erforderlich waren. Um dies anzugehen, erstellte Co-Autor Kenneth Dudley von der Environmental Informatics Section des OIST einen rechnerischen Arbeitsablauf, um die Koordinaten aus den verfügbaren Daten zu schätzen, der auch alle Daten auf Fehler überprüfte.

Dann erstellte JSPS-Postdoktorand und Co-Erstautor Dr. Jamie Kass zusammen mit Dudley und der Forschungstechnikerin Fumika Azuma unterschiedliche Reichweitenschätzungen für jede Ameisenart, je nachdem, wie viele Daten verfügbar waren. Für Arten mit weniger Daten konstruierten sie Formen, die die Datenpunkte umgaben. Für Arten mit mehr Daten sagten die Forscher die Verbreitung jeder Art voraus, indem sie statistische Modelle verwendeten, die sie auf optimale Komplexität abstimmten.

Die Forscher fügten diese Schätzungen zusammen, um eine globale Karte zu erstellen, die in ein Raster von 20 km x 20 km großen Quadraten unterteilt war und eine Schätzung der Anzahl der Ameisenarten pro Quadrat (als Artenreichtum bezeichnet) zeigte. Sie erstellten auch eine Karte, die die Anzahl der Ameisenarten mit sehr kleinen Verbreitungsgebieten pro Quadrat (als Artenrarität bezeichnet) zeigte. Im Allgemeinen sind Arten mit kleinen Verbreitungsgebieten besonders anfällig für Umweltveränderungen.

Es gab jedoch noch ein weiteres Problem zu überwinden – Stichprobenverzerrung. „Einige Gebiete der Welt, von denen wir erwartet hatten, dass sie Zentren der Vielfalt sind, tauchten nicht auf unserer Karte auf, aber die Ameisen in diesen Regionen waren nicht gut untersucht“, erklärte Dr. Kass. „Andere Gebiete wurden sehr gut beprobt, zum Beispiel Teile der USA und Europas, und dieser Unterschied in der Beprobung kann unsere Schätzungen der globalen Vielfalt beeinflussen.“

Die Forscher nutzten also maschinelles Lernen, um vorherzusagen, wie sich ihre Vielfalt verändern würde, wenn sie alle Gebiete auf der ganzen Welt gleichermaßen beproben würden, und identifizierten dabei Gebiete, in denen sie schätzen, dass viele unbekannte, nicht beprobte Arten existieren. Prof. Economo sagte: „Dies gibt uns eine Art ‚Schatzkarte‘, die uns dorthin führen kann, wo wir als nächstes forschen und nach neuen Arten mit eingeschränkten Verbreitungsgebieten suchen sollten.“

Okinawa im Süden Japans wurde als Zentrum für Seltenheit identifiziert, da viele auf diesen Inseln endemische Arten sehr kleine Verbreitungsgebiete haben, etwa 1000-mal kleiner als Arten, die in Nordamerika und Europa verbreitet sind. Daher sind Orte wie Okinawa für den Umweltschutz von entscheidender Bedeutung, um die Artenvielfalt zu erhalten.

Als die Forscher die Seltenheit und den Reichtum der Ameisenverbreitung mit den vergleichsweise gut untersuchten Amphibien, Vögeln, Säugetieren und Reptilien verglichen, stellten sie fest, dass sich die Ameisen von diesen Wirbeltiergruppen ungefähr so ​​​​verschieden waren wie die Wirbeltiergruppen voneinander, was unerwartet war da Ameisen evolutionär weit entfernt von Wirbeltieren sind. Dies ist wichtig, da es darauf hindeutet, dass vorrangige Gebiete für die Artenvielfalt von Wirbeltieren auch eine hohe Artenvielfalt von wirbellosen Tieren aufweisen können. Gleichzeitig muss jedoch anerkannt werden, dass die Artenvielfalt der Ameisen einzigartige Merkmale aufweist. Zum Beispiel zeigen sich das Mittelmeer und Ostasien mehr als die Wirbeltiere als Diversitätszentren für Ameisen.

Schließlich untersuchten die Forscher, wie gut diese Gebiete mit hoher Ameisenvielfalt geschützt sind. Sie fanden heraus, dass es sich um einen niedrigen Prozentsatz handelte – nur 15 % der oberen 10 % der Ameisen-Seltenheitszentren hatten irgendeine Art von gesetzlichem Schutz, wie z. B. einen Nationalpark oder ein Reservat, was weniger ist als der bestehende Schutz für Wirbeltiere.

„Wir haben eindeutig viel zu tun, um diese kritischen Bereiche zu schützen“, schloss Prof. Economo.