Die "Bewohner" des Regenwaldes verändern sich still und leise

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Li Yin (Fakultät für Biowissenschaften, Sun Yat-sen-Universität)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die neuesten Geheimnisse der Biowissenschaften zu entschlüsseln, hat das Spitzentechnologieprojekt von China Science Popularization eine Artikelserie mit dem Titel „Neues Wissen über das Leben“ veröffentlicht, die Lebensphänomene interpretiert und die Geheimnisse der Biologie aus einer einzigartigen Perspektive enthüllt. Tauchen wir ein in die Welt des Lebens und erkunden wir die unendlichen Möglichkeiten.

Tropische Regenwälder sind weit verbreitete Waldökosysteme in Äquatornähe mit heißem und regnerischem Klima sowie komplexem und vielfältigem Gelände.

Der tropische Regenwald bewahrt die wertvollsten biologischen Ressourcen der Erde. Es handelt sich um das Gebiet mit den meisten Tierarten auf der Erde und verfügt zudem über eine große Vielfalt an Pflanzenressourcen, die Nahrungsquellen und Lebensraum für verschiedene Tiere bieten.

Tropischer Regenwald

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Aufgrund der hohen Temperaturen und Luftfeuchtigkeit zersetzt sich organisches Material in tropischen Regenwäldern schnell und es kommt zu einem intensiven Materialkreislauf. Es handelt sich um die weltweit größte biologische Genbank und ein riesiges aktives Reservoir für das biologische Recycling, die Umwandlung und die Speicherung von Kohlenstoff.

Allerdings nimmt das Phänomen der großflächigen Urbarmachung tropischer Regenwälder weltweit immer mehr zu. Neben der Verursachung von Bodendegradation, Bodenerosion und dem Rückgang der Artenvielfalt sind auch die Veränderungen in den ober- und unterirdischen Nahrungsnetzen, die durch Veränderungen in der Umwelt des tropischen Regenwalds verursacht werden, sowie die funktionellen und energetischen Veränderungen der gesamten trophischen Ebene noch weitgehend unbekannt.

Nahrungsnetz des tropischen Regenwaldes

Die Verteilung der Biomasse- und Energieflüsse in terrestrischen Ökosystemen wird von „grünen“ (oberirdischen) und „braunen“ (unterirdischen) Nahrungsnetzkompartimenten dominiert, die gemeinsam die Funktion und Stabilität des Ökosystems bestimmen.

Die Blätter im Blätterdach des Regenwalds absorbieren Sonnenlicht durch Photosynthese und wandeln es dann in Zucker um. Dabei sammeln die Pflanzen weiterhin Energie.

In der „grünen“ oberirdischen Umgebung ernähren sich pflanzenfressende Insekten von Pflanzengewebe, das dann von fleischfressenden Insekten, Spinnen, anderen Baumkronenarthropoden und Vögeln gefressen wird. Im „braunen“ Untergrund ernähren sich Regenwürmer und Bodenarthropoden von abgefallenen Blättern, Pilzen etc. Der Kot dieser Tiere wird schließlich von Mikroorganismen zersetzt und gelangt in den Boden.

Die Energie fließt durch das gesamte Energiesystem des Waldes über das Nahrungsnetz, das aus Nahrungsketten zwischen Pflanzen und Tieren besteht.

Neben den üblichen Nutzpflanzen wie Gummibäumen, Kakaobäumen und Chinarindenbäumen gibt es im tropischen Regenwald auch zahlreiche einzigartige Pflanzen- und Tierarten, von denen viele einen medizinischen oder anderen wirtschaftlichen Wert haben. Tropische Regenwälder werden in großem Umfang urbar gemacht. Aufgrund von Änderungen in der Landentwicklung und den Nutzungsmethoden wird sich die Regenwaldumgebung verändern und dementsprechend werden sich auch die Tiergemeinschaften im Regenwald verändern. Art, Anzahl und Verbreitung der Regenwaldtiere entsprechen nicht mehr dem ursprünglichen Ökosystem des Regenwalds und auch das Nahrungsnetz hat sich still und leise verändert.

Ein internationales Forschungsteam bestehend aus der Universität Göttingen in Deutschland, der Bogor Agricultural University in Indonesien, dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung und der Universität Leipzig veröffentlichte seine neuesten Forschungsergebnisse im Februar 2024 in der Fachzeitschrift Nature.

Das Forschungsteam trug viele Hinweise zusammen und führte eine umfassende Analyse kleiner Organismen im Boden sowie von Käfern und Vögeln in den Baumkronen durch. Dabei verglich es die Energieübertragungsprozesse in Tiergemeinschaften in den Regenwäldern Sumatras, auf Kautschukplantagen und in Ölpalmenplantagen in Indonesien.

Vom Boden bis zum oberen Kronendach wurde eine Untersuchung der Arthropoden im tropischen Regenwald mit 14 verschiedenen Methoden durchgeführt:

(1) Fallen- und Netzfischerei; (2) Gallenprobenahme im Volumenraum eines vertikalen Zylinders; (3) Klebefallen; (4) zusammengesetzte Flugabfangfallen aus der Luft; (5) Pflanzen- und tote Zweige schlagen; (6) Manuelles Sammeln von Ameisen und Termiten; (7) Bodenflugabfangfallen; (8) Sammlung und Extraktion von Laubstreufauna; (9) Sammlung und Gewinnung von Bodenschätzen und schwimmender Bodenfauna; (10) Holzfütterung; (11) Fallenmethode; (12) Bodenfallen; (13) Kronendach-Sprühverfahren; (14) Lichteinfang.

(Bildquelle: Referenz [1])

Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass Veränderungen in der Landnutzung zu erheblichen Veränderungen im Energiefluss ober- und unterirdischer Nahrungsnetze für Tiere in tropischen Regenwäldern geführt haben.

Vom Regenwald zur Plantage: Das Nahrungsnetz verändert sich dramatisch

Nachdem im Regenwaldgebiet Sumatra der Regenwald für Plantagen abgeholzt worden war, wurde ein Großteil der Energie in das unterirdische Nahrungsnetz der Tiere gesteckt.

Die Wissenschaftler stellten fest, dass Ölpalmen- und Kautschukmonokulturen im Vergleich zu Regenwäldern ähnliche oder höhere Gesamtenergieflüsse von Tieren aufwiesen, die wichtigsten Energieknotenpunkte sich jedoch deutlich unterschieden: In Regenwäldern gingen über 90 % der Energieflüsse von Tieren, darunter sowohl „grüne“ als auch „braune“ Nahrungsnetze, an Arthropoden im Boden und in den Baumkronen; Während auf Plantagen mehr als 50 % der Energie für die Ringelwürmer im Boden verwendet werden.

Der Anstieg des Energieflusses bei Regenwürmern spiegelte den Rückgang des Energieflusses bei Bodenarthropoden wider. (Die schwarzen Linien in der Abbildung stellen den Energiefluss dar)

(Bildquelle: Referenz [5])

Verglichen mit der Fauna des Regenwalds war das Nahrungsnetz im Kronendach der Plantagen weniger reichhaltig und weniger komplex, während sich das Nahrungsnetz im Boden deutlich veränderte, wobei die artenreiche Arthropodengemeinschaft durch eine relativ homogene invasive Art, die Regenwürmer, ersetzt wurde.

Es ist bekannt, dass die landwirtschaftlichen Aktivitäten des Menschen die Größe und Verteilung der Arthropodenpopulationen durch den Einsatz von Pestiziden, Düngung, Lebensraumfragmentierung, Lichtverschmutzung und höhere Temperaturen aufgrund des Klimawandels oder den damit verbundenen Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre beeinflussen.

Als Folge dieser Veränderungen gibt es auf den Plantagen oft weniger räuberische Insekten, während pflanzenfressende Insekten wie Raupen und Käfer relativ häufig vorkommen.

Aufgrund von Veränderungen im Nahrungsnetz und der Energieversorgung gibt es auf Plantagen häufig weniger Raubinsekten und mehr pflanzenfressende Insekten.

(Bildquelle: Referenz [5])

Allerdings ist über die Artenvielfalt der Arthropoden in tropischen Böden wenig bekannt. Daher ist die Artenvielfalt in tropischen Regenwaldböden möglicherweise viel höher als bisher angenommen.

In dieser Studie wurde der Energiefluss anderer Wirbeltiergruppen im Blätterdach des Regenwaldes außer Vögeln (wie Fledermäusen und Amphibien) nicht berücksichtigt. Viele Wirbeltiere ernähren sich von wirbellosen Tieren wie Arthropoden. Der tatsächliche Energiefluss, der durch Arthropoden im Regenwald verursacht wird, könnte daher größer sein als die in der Studie ermittelten Daten.

Insgesamt ist klar, dass das Nahrungsnetz des Regenwaldes hauptsächlich aus wirbellosen Tieren besteht, die sich größtenteils in der braunen Bodenschicht konzentrieren.

Die Aussichten für die Biodiversität sind nicht optimistisch

Regenwürmer können die Bodenumgebung durch direkte oder indirekte trophische Interaktionen (z. B. Entfernung von Streu und mikrobielle Ernährung) verändern und dadurch Arthropoden, deren Überleben auf Boden und Streu angewiesen ist, negativ beeinflussen.

Der Rückgang der Arthropoden könnte jedoch auch auf eine geringere Laubstreuzufuhr infolge von Veränderungen in der Regenwaldumgebung sowie auf einen geringeren Gehalt an organischem Kohlenstoff und Stickstoff in den Plantagenböden zurückzuführen sein.

Daher kann eine veränderte Landnutzung in den Tropen zu einer dramatischen energetischen und funktionellen Neuorganisation der Nahrungsnetze in ober- und unterirdischen Ökosystemkompartimenten führen, was wiederum Auswirkungen auf die Artenvielfalt der Tiere haben kann.

Diese vielfältigen Organismen, von winzigen Arthropoden bis zu Vögeln, vom Boden bis zu den Baumkronen, sind durch Nahrungsnetze und Energieflüsse miteinander verbunden. Studien haben ergeben, dass Veränderungen der tropischen Landnutzung zu einem Rückgang der Artenvielfalt bei Arthropoden, Vögeln und anderen Gruppen um 18 bis 70 Prozent führen können. Neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass das Phänomen des Artenrückgangs mit grundlegenden Veränderungen der Energieverteilung im Nahrungsnetz zusammenhängt.

Da Regenwälder zunehmend in Plantagen umgewandelt werden, nimmt die Artenvielfalt erheblich ab und Ökosysteme werden verändert. Die Ergebnisse dieser Studie bieten erste Einblicke in die Energieverarbeitung in Boden- und Kronendachtiergemeinschaften in einem tropischen Ökosystem mit extrem hoher Artenvielfalt.

Die Erforschung der Zusammenhänge zwischen verschiedenen Teilen des Ökosystems Regenwald ist zweifellos von großer Bedeutung für den Schutz der ökologischen Umwelt des Regenwalds, insbesondere in Biodiversitätsgebieten, in denen Arten gefährdet sind. Durch die Durchführung von Überwachungsstudien können die Auswirkungen anthropogener Veränderungen auf die räumliche und zeitliche Verteilung der Artenvielfalt der Regenwaldarthropoden besser eingeschätzt werden. Andernfalls besteht die Gefahr, dass das Risiko des Aussterbens der Arthropoden in tropischen Regenwäldern stark unterschätzt wird.

Verweise

[1] Basset Y, et al. PLoS ONE, 2015, 10(12):e0144110.

[2] Grass I, et al. Nat. Commun., 2020, 11:1186.

[3] Krashevska V, et al. Biol. Fruchtbar. Soil., 2015, 51:697–705.

[4] Nazarreta R, et al. Myrmecol. News, 2020, 30:175–186.

[5] Potapov AM, et al. Natur, 2024, 627:116

[6] Potapov AM, et al. J. Anim. Ecol., 2019, 88:1845–1859.

[7] Thakur M P. Biol. Lett., 2020, 16:20190770.