Studie zeigt, dass der Rückgang der Wirbellosen die natürliche Schädlingsbekämpfung und den Abbau organischer Stoffe verringert

Der Rückgang der Wirbellosen beeinträchtigt auch die Funktion von Ökosystemen, darunter zwei wichtige Ökosystemdienstleistungen: die oberirdische Schädlingsbekämpfung und die unterirdische Zersetzung von organischem Material, heißt es in einer neuen Studie Studie veröffentlicht in Aktuelle Biologie und geleitet von Forschern des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig.

Die Studie liefert Hinweise darauf, dass der Verlust von Wirbellosen zu einer Verringerung wichtiger Ökosystemleistungen und einer Entkopplung von Ökosystemprozessen führt und sofortige Schutzmaßnahmen erforderlich macht.

Wirbellose Tiere wie Insekten und auch andere Arthropoden, Schnecken, Nacktschnecken und Nematoden stellen etwa 75 % aller auf der Erde beschriebenen Arten dar und sind ein grundlegender Bestandteil von Ökosystemen, da sie viele wichtige Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen wie Bestäubung, Zersetzung und natürliche Funktionen bereitstellen Schädlingsbekämpfung.

Vom Menschen verursachte Umweltveränderungen, insbesondere Landnutzungsänderungen, Landschaftsvereinfachung und Urbanisierung, einschließlich Lebensraumverlust und chemischer Verschmutzung, haben in den letzten Jahrzehnten den weltweiten Rückgang der Wirbellosen vorangetrieben. Allerdings hat es sich bisher als schwierig erwiesen, die potenziellen Auswirkungen dieses Verlusts zu messen.

„Die Manipulation oberirdischer Wirbellosengemeinschaften stellt aufgrund ihrer Funktionsvielfalt und Mobilität eine große Herausforderung in der ökologischen Forschung dar“, erklärt Nico Eisenhauer, Erstautor und Professor für Experimentelle Interaktionsökologie am iDiv und der Universität Leipzig.

Ein Forscherteam nutzte das iDiv Ecotron, eine gemeinsame Forschungsplattform von iDiv und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ). Es besteht aus mehreren kontrollierten Mini-Ökosystemen (sogenannten EcoUnits), um die Auswirkungen dieser komplexen Gemeinschaften zu untersuchen.

„Das Ziel des iDiv Ecotron bestand nicht nur darin, eine Brücke zwischen kleinen Experimenten unter stark kontrollierten Bedingungen und weniger kontrollierbaren groß angelegten Feldexperimenten oder Überwachungsprogrammen zu schlagen, sondern auch darin, Experimente zu ermöglichen, die Veränderungen der biologischen Vielfalt auf verschiedenen Ebenen von Nahrungsnetzen in Über- und Umgebung manipulieren unterirdische Ökosystemkompartimente“, sagt iDiv-Ehrenmitglied Francois Buscot, emeritierter Professor der Universität Leipzig und ehemaliger Leiter der UFZ-Abteilung für Bodenökologie.

Die Forscher simulierten und testeten, wie verschiedene Ökosystemleistungen und Pflanzenvielfalt in 24 verschiedenen Grünlandökosystemen auf drei Ebenen der oberirdischen Biomasse wirbelloser Tiere (100 %, 36 % und 0 %) reagieren. Ein Biomasseanteil von 36 % spiegelt den dramatischen Rückgang der Wirbellosen wider, der im letzten Jahrzehnt in den deutschen Grünlandflächen verzeichnet wurde.

Alle Pflanzen- und Wirbellosenarten wurden auf derselben angrenzenden Mähwiese gesammelt, und die Forscher simulierten den natürlichen Umsatz der oberirdischen Wirbellosengemeinschaften, indem sie die Wirbellosengemeinschaften von Mai bis November 2018 dreimal austauschten. „Ich freue mich besonders über diese Simulation der Phänologie der Wirbellosen.“ Gemeinschaften – etwas, das meines Wissens noch nie zuvor gemacht wurde“, fügt Nico Eisenhauer, Leiter des iDiv Ecotron, hinzu.

Die Forscher fanden heraus, dass mit abnehmender Biomasse der Wirbellosen auch die Zahl der Ökosystemdienstleistungen abnimmt. Beispielsweise spielen oberirdische Wirbellose eine wichtige Rolle bei der natürlichen Schädlingsbekämpfung. Die Forscher beobachteten, dass der Rückgang der Wirbellosen mit Blattlausausbrüchen einherging, was darauf hindeutet, dass Schädlingsausbrüche eine weit verbreitete Folge des Verlusts der biologischen Vielfalt auf höheren trophischen Ebenen sein könnten, mit erheblichen Kaskadeneffekten auf die Pflanzenproduktion und andere Ökosystemdienstleistungen.

Darüber hinaus führte der Verlust oberirdischer Wirbelloser zu einer deutlichen Verringerung der unterirdischen Zersetzung. „Ober- und unterirdische Prozesse werden durch Wirbellose miteinander verbunden, die Pflanzen und Laubstreu fressen. Der Verlust dieser Verbindungen wird den Nährstoffkreislauf verändern und wie viel Kohlenstoff in Ökosystemen gebunden werden kann“, erklärt Ecotron-Koordinator Dr. Jes Hines von iDiv und der Universität Leipzig.

Die Menge der Biomasse der Wirbellosen wirkte sich auch auf die Pflanzen aus, die in den experimentellen Grünlandökosystemen wuchsen. Die oberirdische Pflanzenbiomasse nahm in den EcoUnits zu, während die Biomasse der Wirbellosen abnahm. Dies könnte daran liegen, dass Wirbellose normalerweise mehr Pflanzen über der Erde fressen.

„Auf diese Weise wird Energie von den Pflanzen auf höhere trophische Ebenen in intakten Wirbellosengemeinschaften geleitet“, erklärt Jes Hines. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Konzentration von Kohlenstoff und Stickstoff im Pflanzengewebe deutlich abnahm, was wiederum die Qualität der Ressourcen und Nährstoffe verändern könnte, die die biologische Aktivität im Boden antreiben.

„In einem gesunden Ökosystem sind biotische und biogeochemische Eigenschaften gekoppelt. Diese Studie zeigt, dass eine Abnahme der oberirdischen Biomasse von Wirbellosen diese Kopplung verringert, was die Artenvielfalt sowie die Ernährung von Tieren, Pflanzen und Mikroben gefährden könnte“, sagt Nico Eisenhauer.

Trotz dieser alarmierenden Ergebnisse könnten sich Ökosysteme nach Gesetzesänderungen, die die Vielfalt der Wirbellosen begünstigen, erholen. Beispielsweise gibt es Hinweise darauf, dass die Populationen von Süßwasserinsekten nach dem Clean Water Act zunehmen. Sofortige Schutzmaßnahmen können die Wende beim Schutz vielfältiger Wirbellosengemeinschaften und wichtiger Ökosystemfunktionen bewirken.