Kreisläufe der Natur: Was ist ein Ökosystem?

Werden Wälder zerstückelt, so wird das Ökosystem gestört - die Artenvielfalt schwindet.

Ein Wald oder eine Wiese sind Beispiele für Ökosysteme. Im Ökosystem Wald gibt es Pflanzen und Bäume, die wachsen, indem sie Fotosynthese betreiben. Der Fachbegriff dafür lautet Produzenten. Tiere, die Pflanzen und andere Tiere auffressen, nennt man entsprechend Konsumenten. Die sogenannten Destruenten wie Pilze, Aasfresser und einige Insekten zersetzen pflanzliche und tierische Abfälle wieder.

In einem Ökosystem haben alle Lebewesen ihre Funktion und sind aufeinander angewiesen: Stirbt eine Art aus, kann das Folgen für andere Arten haben. Manche Tiere und Pflanzen haben sich auf eine bestimmte Art spezialisiert, die sie zum Überleben brauchen. Wenn diese verschwinden, entfällt die Nahrungsgrundlage ganz. Andere Arten sind breiter aufgestellt und können zur Not auf andere Pflanzen und Tiere ausweichen. Darüber hinaus können die Funktionen einiger Arten, sogenannter Schlüsselarten, für ein Ökosystem besonders relevant sein.

Kettenreaktionen: Was sind Schlüsselarten?

Ein US-Forscher fand 1966 heraus: Lila Seesterne im Meer sorgen für Biodiversität innerhalb eines Ökosystems.

Die Komplexität von Ökosystemen zeigt: Jede Tier- und Pflanzenart ist wichtig. Sterben einige Tiere und Pflanzen aus, kann das zu Kettenreaktionen führen und das Gleichgewicht eines Ökosystems ins Wanken bringen. Bestimmte Arten gelten daher in einem Ökosystem als besonders relevant. Seit einem Experiment im Jahr 1966 in den USA spricht man in solchen Fällen von "Keystone-Species" oder "Schlüsselarten": Der US-Forscher Robert T. Paine entfernte zu Forschungszwecken Seesterne an einem Küstenstreifen nahe Washington. Der Biologe stellte fest, dass sich dort im Anschluss Muscheln ausbreiteten, Schnecken, Algen und andere Lebewesen hingegen weniger wurden. Der Grund: Die Muscheln sind die Beute der Seesterne. Ohne die Seesterne können sich die Muscheln stärker verbreiten und nehmen Überhand. Das bedeutet also: Weil der Seestern in dem Ökosystem überlebenswichtig für andere Arten ist, gilt er als eine "Schlüsselart".

Kipppunkte: Wie können sie entstehen?

Seit Jahrzehnten werden Ökosysteme immer instabiler. Aber wann drohen uns Kipppunkte mit Kettenreaktionen?

Im Klimasystem sind sogenannte Kipppunkte als Schwellenwerte markiert. Das bedeutet, ab diesem Punkt können die Folgen wohl nicht mehr rückgängig gemacht werden. Klima-Kipppunkte wie das Schmelzen der Eisschilde, das Korallensterben oder die Abholzung des Amazonas-Regenwaldes haben auch Auswirkungen auf das Artensterben. Zwar gibt es Hinweise auf konkrete Kettenreaktionen beim Artensterben, unumkehrbare "ökologische Kipppunkte" können anders als die physikalischen Kipppunkte aber nicht umfassend belegt werden, sagt Dr. Christian Hof, Junior Research Group Leader am Lehrstuhl Terrestrische Ökologie der TU München.

Laut Forschenden der Universität Oldenburg ist der Begriff Kipppunkt sogar problematisch. Die Idee, dass es einen klar definierten Bereich gibt, in dem ein Ökosystem stabil bleibt, kann demnach für den Artenschutz kontraproduktiv sein. Denn selbst kleinste Umweltveränderungen können schon große Folgen haben. "Wenn wir darauf warten, dass als Reaktion auf eine der großen, vom Menschen verursachten Umweltveränderungen wie Erwärmung oder Veränderung der biologischen Vielfalt deutliche Kipppunkte zu sehen sind, laufen wir Gefahr, die kleinen, allmählichen Veränderungen zu übersehen. Diese können sich aber im Laufe der Zeit so aufsummieren, dass sich unsere Wahrnehmung, wie ein gesundes Ökosystem aussieht, verschiebt“, sagt Studienleiter Prof. Helmut Hillebrand.

1. Kipppunkt Nordsee: Die Match-Mismatch-Dynamik

In der Nordsee hat sich infolge des Klimawandels die Artenzusammensetzung des Zooplanktons verschoben.

Bereits jetzt gibt es Hinweise auf eine Kettenreaktion im Plankton-Ökosystem der Nordsee. Bestimmten Zooplanktonorganismen, sogenannten Ruderfußkrebsen, ist es in der südlichen Nordsee mittlerweile zu warm: Sie kommen deshalb häufiger in kühleren Regionen vor. Stattdessen leben jetzt andere Arten von Zooplankton in der südlichen Nordsee. Das hat Folgen für Fische. "Immer häufiger kommt es zu einer Match-Mismatch-Dynamik", sagt Dr. Anne Sell, Biologin am Thünen-Institut für Seefischerei Bremerhaven. Forscher sprechen von einer Match-Mismatch-Dynamik, wenn sich die Beute eines Lebewesens zeitlich oder auch örtlich verschiebt.

Der Kabeljau ist ein Beispiel: Der Kabeljau laicht vor allem im späten Winter. Bis zu einem bestimmten Zeitpunkt müssen die Kabeljaularven Zooplankton in einer gewissen Größe fressen, um zu überleben. Die neue dominierende Art des Zooplanktons hat ihr größtes Vorkommen aber im Spätsommer, nicht im Frühling: Zu spät für den Kabeljaunachwuchs, der zu diesem Zeitpunkt dann schon größere Beute bevorzugt. Da es weniger und darüber hinaus kleineres Zooplankton gibt, ist es für Kabeljaularven schwieriger, Nahrung zu finden und zu überleben. Zusätzlich hat sich durch die inzwischen dominierende Zooplanktonart auch die Nahrungsqualität verschlechtert. Wenn sich die Bestandsgröße der Kabeljaus verändert, beeinflusst das auch andere Arten. Gleichzeitig führen die höheren Temperaturen dazu, dass sich Quallen und Tintenfische schneller entwickeln und ausbreiten können.

Wenn es zu einer neuen Artenzusammensetzung mit neuen, dominanten Arten in einem Ökosystem kommt, nennen Forscher das einen sogenannten "regime shift". Wissenschaftlern der Universität Hamburg zufolge hat der Dorsch, wie der Kabeljau in der Ostsee genannt wird, durch Überfischung bereits einen Kipppunkt überschritten.

In der süßeren und leichteren Ostsee hat es der Dorsch außerdem noch schwerer, sich an Klimaveränderungen im Ozean anzupassen: Es gibt zu wenig Jungtiere und die Population kann sich dadurch nur schwer wieder erholen.

Es gibt zudem Hinweise darauf, dass das Abschmelzen der Gletscher das Plankton verändert: Auf dem Weg des Frischwassers in die Fjorde können mehr Schadstoffe aufgenommen werden. Das kann das Plankton und damit die Nahrungsgrundlage von größeren Tieren verändern. Das Plankton ist aber auch aus einem anderen Grund relevant: Die winzigen Algen und Lebewesen binden CO2 und sind Teil der marinen Kohlenstoffpumpe.

2. Kipppunkt spezialisierte Arten: Wenn Geier verschwinden

Geier haben nicht den besten Ruf: Dabei beseitigen die Aasfresser tote Tiere. Ohne sie steigt das Risiko, dass sich Krankheiten ausbreiten.

Tiere und Pflanzen sind im Klimastress. Forscher des Senckenberg Biodiversität und Klima-Forschungszentrums gehen davon aus, dass Insekten stärker als Pflanzen von den klimatischen Veränderungen betroffen sind - da sie häufiger auf eine andere Art spezialisiert sind. Ein Beispiel ist die Glockenblumen-Scherenbiene, die auf die Rundblättrige Glockenblume spezialisiert ist. Wird sie wegen des Klimawandels in einer Region seltener oder stirbt aus, gefährdet das die Glockenblumen-Scherenbiene. Zusätzlich setzen ihr höhere Temperaturen und der Verlust an Lebensraum zu. Die Glockenblume hingegen ist nicht auf die spezialisierte Wildbiene angewiesen: Sie kann auch in anderen Regionen durch andere Bestäuber überleben.

Wenn Vögel wegen des Klimawandels in nördlichere Gebiete ausweichen, kann das aber auch für Pflanzen, die auf diese Vögel zur Samenausbreitung spezialisiert sind, problematisch sein. Die Folgen für ein Ökosystem, wenn eine spezialisierte Art ausfällt, sind bisher nicht in jedem Fall genau abzuschätzen, sagt Dr. Christian Hof.

Dass spezialisierte Arten durchaus relevant sein können, zeigt das Beispiel Geier. Die Aasfresser gehören zu den am häufigsten vom Aussterben betroffenen Vögeln. Sie haben immer weniger Lebensraum und leiden zusätzlich unter Umweltverschmutzung und -giften. Der Bartgeier kommt in den Alpen zwar wieder vor, dennoch müssen Förster in Naturschutzgebieten mittlerweile die für Touristen unansehnlichen tote Tiere aufsammeln, weil es zu wenig Geier gibt, sagt Dr. Christian Hof. In Afrika und Asien kann ohne Geier sogar das Risiko für Krankheiten steigen. Andere Tiere wie Ratten, wilde Hunde und bestimmte Insekten könnten sich verstärkt ausbreiten, wie es teilweise bereits in Asien der Fall war. Das wiederum begünstigt die Verbreitung von Tollwut oder Herpes-Viren.

Positive Tendenzen: Wo und warum sich die Natur etwas erholt

Inmitten dieser schlechten Nachrichten zum Artensterben gibt es aber auch Regionen in der Natur, die sich langsam wieder etwas erholen. Dies geschieht aber kaum von alleine. Es hängt auch meist damit zusammen, dass Menschen ihre Verhaltensweisen ändern und den Nutzen von Biodiversität erkennen.

3. Kettenreaktion trophische Kaskade: Der Wolf-Effekt

Der Wolf ist nicht überall beliebt. Dabei gibt es Hinweise darauf, dass er positive Effekte auf Ökosysteme hat.

Eine trophische Kaskade bezeichnet eine Nahrungspyramide in einem Ökosystem. Die größte Gruppe bilden in dem Ökosystem Wald die Pflanzen. Darauf folgen entsprechend die Tiere, die Pflanzen fressen, sowie die Tiere, die sich wiederum von anderen Tieren ernähren. Lange ging man davon aus, dass es kaum von Bedeutung ist, wenn jagende Tiere wegfallen.

Aber für ein Ökosystem kann jedes jagende Tier in einer Nahrungspyramide von Bedeutung sein, das zeigt das Beispiel Wolf. Im Yellowstone-Nationalpark in den USA wurde der Wolf seit den 1990er Jahren wieder angesiedelt. Der Effekt war deutlich, sagen Forschende: Die Anzahl von Rothirschen habe sich so verringert, dass sich Weiden und Bäume erholten. Weil die Wölfe die Hirsche jagen, konnten sich Wälder und Weiden vom Wildverbiss erholen. Besonders positiv soll sich der Wolf-Effekt auf die Jungpflanzen der Espe ausgewirkt haben. Es gab außerdem mehr Biber, die die Weiden nutzten. Und auch Vögel fressen das Aas, das der Wolf nach dem Verzehr des Hirsches zurücklässt.

Andere Forschende geben zu Bedenken, dass der Wolf zwar einen Effekt gehabt haben kann, aber auch andere Faktoren wie Klima, Wetter und der Einfluss des Menschen eine Rolle in einem Ökosystem spielen. So kann ein warmer Winter kurzfristig dazu führen, dass Jungpflanzen besser wachsen. Und es kann eine Rolle spielen, in welchen Regionen des Yellowstone-Nationalalparks die Espen wuchsen.

5. Kettenreaktion Wasserqualität: Mehr Libellen in Süddeutschland

Weil sich die Wasserqualität verbessert hat, geht es den Libellen in Bayern besser.

Zwar steigt das Risiko aufgrund von Hitze, Dürren und Zerstörung des Lebensraumes vor allem für Libellen, die kühlere Moore und Auen bevorzugen. Inmitten des Insektensterbens nehmen wärmeliebende Libellen einer Studie zufolge in südlicheren Regionen Deutschlands zu. Das liegt aber nicht nur daran, dass sie sich besser an die hohen Temperaturen anpassen können: Während der Wassermangel ein zunehmendes Problem ist, hat sich hingegen die Wasserqualität in den vergangenen dreißig Jahren in Bayern durch Schutzmaßnahmen verbessert, sagt auch Dr. Christian Hof. Libellen sind daher ein Hinweis auf die Qualität des Wassers - und ein Beispiel dafür, dass wir das Aussterben von Arten eindämmen können.

In Großbritannien geht die bessere Wasserqualität an einem Fluss auch auf die Rückkehr der Biber nach 500 Jahren zurück. Als 2014 Biber im River Otter in Devon wieder auftauchten, siedelten sich auch mehrere Libellenarten wieder an. Insekten und Froschlaich wurden mehr, was wiederum Vögeln zugute kommt. Mit Holzdämmen stauen Biber Bäche auf und schaffen Wasserlandschaften. Die Dämme versorgen den Fluss auch während Dürren mit Wasser und reinigen es. Für Kritik sorgt der Biber, weil er auch Felder beschädigen kann. Gleichzeitig können die Dämme gegen Überflutungen nach Starkregen helfen, wie Forschende an der Universität Exeter herausfanden: Wassermassen fließen langsamer ab.

Shifting-Baseline-Syndrom: Schleichendes Artensterben

Wegen des Shifting-Baseline-Syndroms nehmen wir das Artensterben nur schleichend wahr: Wir gewöhnen uns an den aktuellen Zustand.

Trotz einiger guter Nachrichten, sollten wir das Artensterben keinesfalls unterschätzen. Dass uns das Massensterben von Tieren und Pflanzen schleichend vorkommt, und wir es erst bemerken, wenn uns eine Art abhanden gekommen ist, liegt am Shifting-Baseline-Syndrom. Der Meeresbiologe Daniel Pauly fand heraus, dass eine Generation den Eindruck hat, dass die Biodiversität sich im Vergleich zu früheren Jahrzehnten oder Jahrhunderten kaum verändert hat. Der Effekt führt sogar dazu, dass Fischer ihren Fang im Vergleich zu dem der Generationen zuvor als gleich hoch einschätzen. Das bedeutet: Wir sind an einen aktuellen Zustand gewöhnt. Das liegt daran, dass wir meistens davon ausgehen, was wir selbst erleben. Wie der Zustand der Biodiversität in der Vergangenheit mal war, ist uns hingegen weniger bewusst. Vergegenwärtigen wir uns das im Alltag, können wir dem Artensterben auch stärker entgegenwirken.

Quellen und Sendungen: Mehr Wissen über Artensterben