Biodiversität & Naturschutz. 2. Geschichte und Gegenwart der Biodiversität

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1 Biodiversität & Naturschutz 2. Geschichte und Gegenwart der Biodiversität

2 Aussterberaten in der Vergangenheit Primack 1995

3 Aussterberaten in der Vergangenheit Primack 1995

4 Rekonstruktion der Vergangenheit durch Fossilien Fossilfunde nicht für alle Zeiträume in gleichem Maße vorhanden; <1 bis wenige % der Arten als Fossilien dokumentiert nur ein geringer Teil der Fossilien entdeckt Nachweise von Fossilien zugunsten der häufigeren, weiter verbreiteten, länger existenten Arten verschoben Organismengruppen mit Schalen oder Skeletten besser dokumentiert 95 % der Fossilien von marinen Arten, jedoch 85 % der rezenten Arten terrestrisch verlässliche Aussagen über Aussterberaten nur für höhere Taxa möglich

5 Rekonstruktion der Vergangenheit durch molekulare Hinweise Stammbäume zunehmender Ähnlichkeit ermöglichen Hypothesen zu phylogenetischen Verwandtschaftsmustern molekulare Uhr gibt Hinweise zum Zeitpunkt evolutionärer Ereignisse Differenzen zwischen fossilen und molekularen Hinweisen: z.b. Trennung der Primaten von den übrigen Placentatiere vor 90 oder 55 Mill. Jahren

6 Beginn des Lebens Entstehung der Erde (und des Sonnensystems) vor 4,5 Milliarden Jahren sichtbare Fossilien reichen zurück bis zum Beginn des Kambriums (vor 570 Mill. Jahren) älteste Mineralien ca. 3,8 Milliarden Jahre zeigen Hinweise auf Prokaryoten: mikroskopische Untersuchungen von Dünnschliffen zeigten winzige runde oder hantelförmige Strukturen ungewöhnliche Mengenverhältnisse der C12- und C13-Kohlenstoffisotope

7 Vorherrschaft der Bakterien bis vor 670 Mill. Jahren wurde die biologische Vielfalt durch Bakterien bestimmt Äon Archaikum ( Erd-Antike ) geprägt durch das Fehlen freien Sauerstoffs in der Atmosphäre Entwicklung vielfältiger Stoffwechselsysteme Besiedlung vielfältiger, teilw. extremer Lebensräume

8 Die erste Umweltkatastrophe Freisetzung von Sauerstoff durch Cyanobakterien (Entstehung vor ca. 2,6 Milliarden Jahren) zunächst Reaktion des freien Sauerstoffs mit Kalzium und Eisen Zunahme des atmosphärischen Sauerstoffs führte zum Sterben vieler Prokaryotengruppen bzw. zur Verdrängung in sauerstofffreie Lebensräume Austausch der Kohlendioxid- und Methanhaltigen Atmosphäre durch Sauerstoff führten zur ersten Eiszeit Ausbreitung von Bakterien, die Sauerstoff nutzen können, und Evolution der Eukaryota

9 Differenzierung des Lebens Entstehung mehrzelliger Organismen vor ca. 1,4 Milliarden Jahren (60 % der Lebensgeschichte ) Metazoen (mehrzellige Tiere) seit 600 Mill. Jahren (80% der Lebensgeschichte ) bis Ende des Kambriums (vor 500 Mill. Jahren) Entwicklung aller wichtigen rezenten Tierstämme / Baupläne (Kambrische Explosion) Höhepunkt der anatomischen Diversität zur Zeit der kambrischen Explosion weitere Entwicklung: wenigen Arten & viele Bauplänen mehr Arten & weniger Bauplänen

10 Differenzierung des Lebens Genübereinstimmung Mensch/ Fruchtfliege 60 % Aus GASTON & SPICER 1998

11 Differenzierung des Lebens Logistisches Wachstum Exponentielles Wachstum Lineares Wachstum

12 Entwicklung der Anzahl von Familien: a) alle Organismen exponentielles Wachstum b) kontinentale Organismen exponentielles Wachstum c) marine Organismen logistisches Wachstum Aus GASTON & SPICER 1998

13 Entwicklung des Lebens Aus GASTON & SPICER 1998

14 Diversifizierung I. Gefäßsporenpflanzen (Pteridophyta) II. Nacktsamer (Gymnospermae) III. Bedecktsamer (Angiospermae) Aus GASTON & SPICER 1998

15 Diversifizierung a) Kieferlose (Agnatha) b) Cimolesta Aus GASTON & SPICER 1998

16 Diversifizierung Hoher Anteil der Biodiversität wird begründet durch wenige Gruppen, z.b. Animalia > Arthropoda > Insecta > Diptera & Hymenoptera & Coleoptera

17 Diversifizierung Purvis & Hector 2000

18 Mögliche Begründungen: a) Artefakt der Klassifizierung b) Zufall Diversifizierung Hoher Anteil der Biodiversität wird begründet durch wenige Gruppen, z.b. Animalia > Arthropoda > Insecta > Diptera & Hymenoptera & Coleoptera c) Entwicklung von key innovations (Samenverbreitung durch Tiere, Insektenflug, Phytophagie) ermöglicht überdurchschnittliche Diversifizierung

19 Aussterben Rate der Diversifizierung > Austerberate Zunahme der Artenvielfalt Austerberate > Diversifizierung Abnahme der Artenvielfalt Austerberate = Diversifizierung Artenvielfalt konstant > 90 % der Arten sind im Laufe der Erdgeschichte wieder ausgestorben

20 Austerben Lebensspanne von ausgestorbenen Gattungen mariner Tiere. Aus GASTON & SPICER 1998

21 Aussterben Massenaussterben betreffen nur 4 % aller ausgestorbener Arten. Aus GASTON & SPICER 1998

22 Merkmale von Massenaussterben Qualität der Verluste: kompl. Evolutionslinien verschwinden, mehrere Lebensräume beeinflusst, dominante Taxa werden ersetzt Maßstab: globale Folgen, kurzzeitig, viele Organismengruppen (75-95 % der Arten) Überleben: durch Zufall oder aufgrund von Eigenschaften, die sich als vorteilhaft erwiesen Fortgesetztes Glück: Taxa, die frühere Massensterben überlebten, überleben auch spätere Dauer der Erholung: 2-10 Mill. Jahre

23 Wie viele Arten gibt es aktuell auf der Erde? Mit welcher Methode kann die Artenzahl bestimmt werden?

24 Wie viele Arten gibt es? Methoden zur Schätzung der Artenvielfalt (notwendige Annahmen): 1. Schätzung durch Experten (ausreichende Kenntnis der Experten) 2. Entwicklungen in der Beschreibung von Arten (Anzahl der beschriebenen Arten folgt einer Sättigungskurve) 3. Verhältnis von beschriebenen zu unbeschriebenen Arten in Stichproben (repräsentative Stichprobe) 4. Extrapolation von gut untersuchten Flächen (Fläche repräsentativ für größere Gebiete) 5. Globale Schätzung auf der Basis gut untersuchter Gruppen (konstantes Verhältnis der Gruppen)

25 Schätzungen der biologischen Diversität Raven (1985): Ausgangspunkt:in der Gruppe der Säuger und Vogel gibt es in den Tropen doppelt so viele Arten wie in den gemäßigten Breiten Übertragung dieses Verhältnis auf alle Organismen: 1,5 Millionen sind bisher beschrieben, davon leben 2/3 in den gemäßigten Breiten leben 2 2 1,5 Mio + 1,5 Mio 2 = Mio

26 Schätzungen der biologischen Diversität Hawksworth (1991): Ausgangspunkt: Verhältnis von Pilzarten zu Arten von Gefäßpflanzen in verschiedenen Regionen der Welt beträgt 1:1,4 bis 1:6 Übertragung dieses Verhältnis weltweit 1,5 mio Pilzarten (bei Arten von Gefäßpflanzen) 1 5,5 = x x = ,5 1 1,5Mio

27 Schätzungen der biologischen Diversität Erwin (1982): Untersuchung der Käferfauna im Dach von 19 tropischen Bäumen (Luehea seemannii) in Panama Ergebnis: 955 Käferarten (ohne Rüsselkäfer) 1200 Käferarten (mit Rüsselkäfern) Dobson 1997

28 Schätzungen der biologischen Diversität 1. Annahme: 162 wirtsspezifische Käferarten Stork 1997 Dobson 1997

29 Schätzungen der biologischen Diversität 2. Annahme: 40% aller Arthropodenarten der Baumkrone sind Käfer 405 Arthropodenarten pro Baumart in der Krone Dobson Annahme: nach Schätzungen gibt es tropische Baumarten 20,25 Mio wirtsspezifische Arthropodenarten in der Baumkrone Dobson 1997

30 Schätzungen der biologischen Diversität 4. Annahme: Fauna der Baumkronen ist doppelt so reichhaltig wie die des Waldbodens ca. 30 Mio tropische Arthropodenarten Dobson 1997

31 Schätzungen der biologischen Diversität Zusammenhang zwischen Körpergröße und Artenvielfalt: S ~ L x S: Artenanzahl L: Körperlänge x: 1,5 3,0 Stork Mio Arten weltweit

32 Schätzungen der biologischen Diversität Species Turnover: Ansatz aus dem marinen Bereich Bestandserhebungen in der Tiefsee entlang von Transekten von jeweils 176 km: Organismen, 798 Arten Feststellung: mit zunehmender Entfernung von der Küste steigt die Anzahl neu gefundener Arten rapide an dann ging die Rate wieder zurück auf 1 neue Art/km Extrapolation dieser Daten: 10 7 Arten

33 Wie viele Arten gibt es? Gruppe beschriebene Arten (x10 3 ) geschätzte Artenzahl (x10 3 ) Genauigkeit der Schätzung Bakterien gering Pilze mäßig Protozoen gering Pflanzen gut Nematoden gering Krebse mäßig Insekten mäßig Mollusken mäßig Chordata gut

34 Wie viele Arten gibt es? Mittlere Anzahl von Arten die im Zeitraum von 1978 bis 1987 jährlich neu beschrieben wurden (Summe pro Jahr ca ). Aus GASTON & SPICER 1998

35 Wie viele Arten gibt es? Kummulative Anzahl beschriebener Arten aus der Gruppe der Säugetiere. Aus GASTON & SPICER 1998

36 Wie viele Arten gibt es? Kummulative Anzahl beschriebener Arten aus der Gruppe der Thalassinidea (Decapoda, Eucarida, Malacostraca). Aus GASTON & SPICER 1998

37 Zusammenfassung Zunahme der Arten im Laufe der Erdgeschichte; mind. 90 % der Arten bereits wieder ausgestorben Zunahme folgt keinem konstanten Trend, sondern beinhaltet Phasen schneller Radiation, stabile Phasen und kurze Ereignisse von Massenaussterben Massensterben sind für das Verschwinden nur eines geringen Anteils der Arten verantwortlich, beeinflussen aber die Entwicklung nachhaltig Biodiversität wird geprägt durch wenige Gruppen; wohingegen die meisten Gruppen nur wenige Arten enthalten Schätzung der Artenvielfalt basiert auf unterschiedlichen Schätzverfahren; nur geringer Anteil der Arten bisher beschrieben

38 Diskussion Die Geschichte des Lebens ist geprägt durch 5 große Aussterbeereignisse. Wenn Artensterben ein natürlicher Prozess ist, der die Evolution und Diversifizierung neuer Gruppen ermöglicht, warum sollten wir uns über den prognostizierten Rückgang der Artenvielfalt Sorgen machen? Wie unterscheidet sich die gegenwärtige Phase von früheren? Welche Folgerungen, beunruhigende oder hoffnungsvolle, lassen sich aus der Geschichte des Lebens für die Gegenwart und Zukunft der Biodiversität ableiten? Die Schätzungen zur Artenvielfalt variieren in einem weiten Bereich. Bei der gegenwärtigen Rate der Beschreibungen würde es noch ca Jahre dauern, bis alle Arten erfasst wären. Was sind mögliche Lösungen für dieses Problem? Wo sollten Prioritäten gesetzt werden?