Von der Arktis bis in die Tropen: Forscher präsentieren einzigartige Datenbank über die Vegetation der Erde

Welche Pflanzenarten wachsen wo, neben welchen anderen – und warum? Die Vielfalt der globalen Vegetation kann anhand weniger Merkmale jeder Art beschrieben werden. Das hat ein Forscherteam unter der Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Deutschen Zentrums für Integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig ergeben. In einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution veröffentlicht wurde, präsentieren sie die weltweit erste globale Vegetationsdatenbank, die über 1,1 Millionen vollständige Listen von Pflanzenarten enthält, die in allen Ökosystemen der Erde untersucht wurden. Die Datenbank könnte helfen, die Folgen des globalen Klimawandels besser vorherzusagen.

Alle Pflanzen stehen vor den gleichen Herausforderungen, ob kleine Gräser, Sträucher oder Bäume. „Zum Beispiel müssen sie einen effizienten Weg finden, um die Photosynthese durchzuführen, um die benötigte Energie zu erhalten. Gleichzeitig konkurrieren sie mit benachbarten Pflanzen um begrenzte Ressourcen im Boden, wie Wasser und Nährstoffe“, erklärt Professor Helge Bruelheide vom Institut für Biologie/Geobotanik der MLU und Co-Direktor von iDiv.

Derzeit sind der Wissenschaft rund 390.000 Pflanzenarten bekannt. Im Laufe der Zeit hat jede Art sehr unterschiedliche Eigenschaften entwickelt, die auf externe Faktoren an ihrem Standort reagieren. Dazu gehören die Größe der Pflanze, die Dicke und die chemischen Bestandteile ihrer Blätter. Diese Eigenschaften werden auch als funktionelle Pflanzenmerkmale bezeichnet. „Diese funktionalen Merkmale beeinflussen direkt die Ökosystemfunktion einer Pflanze, wie z.B. wie viel Biomasse sie produziert oder wie viel Kohlendioxid sie aus der Luft aufnimmt“, sagt Bruelheide.

Bisher haben die Forscher vor allem verschiedene Kombinationen dieser funktionalen Merkmale aus der Sicht einzelner Pflanzenarten untersucht. „In Wirklichkeit kommen Pflanzenarten jedoch selten allein vor, Pflanzen leben in Gemeinschaften“, sagt Bruelheide. Dazu werden so genannte Vegetationsdatenbanken benötigt, die Daten über alle an einem bestimmten Standort wachsenden Pflanzen enthalten. Die deutsche Vegetationsreferenzdatenbank ist ein Beispiel dafür. Es wird am MLU von Dr. Ute Jandt, einem Mitglied der Forschungsgruppe von Helge Bruelheide, geleitet. Es enthält etwa Daten zu etwa 200.000 Vegetationsparzellen aus veröffentlichten und unveröffentlichten Vegetationsstudien. In vielen anderen Ländern gibt es ähnliche Datenbanken oder sie werden gerade erstellt.

Bislang gab es keine Datenbank mit Datenbanken, um all diese verschiedenen Datensätze zusammenzustellen und zu harmonisieren. Im Forschungszentrum iDiv wurde daher die Initiative „sPlot“ gestartet, um die erste globale Vegetationsdatenbank zu entwickeln und einzurichten, die die bestehenden Datensätze vereinheitlicht und zusammenführt. „sPlot“ enthält derzeit mehr als 1,1 Millionen Vegetationslisten von allen Kontinenten, die in den letzten Jahrzehnten von Hunderten von Forschern aus aller Welt gesammelt wurden. „Jeder Punkt in unserer Datenbank ist ein echter Ort mit genauen Koordinaten und Informationen über alle Pflanzenarten, die dort nebeneinander existieren“, erklärt Bruelheide.

Die Forschungsgruppe kombinierte diesen riesigen Datensatz mit der weltweit größten Datenbank für Pflanzenmerkmale „TRY“, die auch eine iDiv-Datenbankplattform ist. „Es hat uns ermöglicht, Fragen zu beantworten, die noch niemand zuvor beantworten konnte“, fährt Bruelheide fort. So wurde beispielsweise untersucht, inwieweit globale Faktoren die Funktionsmerkmale von Pflanzengemeinschaften beeinflussen. Entgegen der gängigen Meinung stellten sie fest, dass Temperatur und Niederschlag eine relativ geringe Rolle spielen. „Überraschenderweise sind diese beiden Makrofaktoren nicht so wichtig. Unsere Analyse zeigt zum Beispiel, dass Pflanzengemeinschaften bei steigender Temperatur nicht durchgängig durch dünnere Blätter gekennzeichnet sind – von der Arktis bis zum tropischen Regenwald“, sagt Bruelheide. Stattdessen fanden die Forscher eine enge Verbindung zwischen den Klimavariablen und der Phosphorversorgung der Blätter, die sich im Verhältnis zwischen Stickstoff- und Phosphorgehalt im Blatt widerspiegelt, was ein Indikator für den Ernährungszustand der Pflanzen ist. Je länger die Vegetationsperiode ist, desto geringer ist beispielsweise die Phosphorzufuhr – die sich auch auf die Blattdicke auswirkt. Die lokale Landnutzung und das Zusammenspiel verschiedener Pflanzen an einem bestimmten Standort haben einen viel größeren Einfluss auf die Funktionsmerkmale von Pflanzengemeinschaften. Laut Bruelheide zeigen diese Ergebnisse, dass zukünftige Berechnungen der Pflanzenproduktion in einer Region nicht nur auf der Grundlage einfacher Temperatur-Niederschlagsmodelle ermittelt werden können.

Die in Nature Ecology & Evolution veröffentlichte Studie ist der erste einer Reihe von bevorstehenden Arbeiten des Konsortiums „sPlot“. Auf Anfrage für andere Wissenschaftler offenbart die „sPlot“-Datenbank beispiellose Möglichkeiten, zahlreiche Fragen der biologischen Vielfalt auf globaler Ebene anzugehen, einschließlich der Fragen im Zusammenhang mit der Verbreitung nicht heimischer Pflanzenarten und der Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Pflanzengemeinschaften in den Weltregionen.

Mehr Informationen:
Helge Bruelheide et al, Global trait-environment relationships of plant communities, Nature Ecology & Evolution (2018). DOI: 10.1038/s41559-018-0699-8-8

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