Algorithmus offenbart Ausmaß des Artensterbens seit der Eiszeit
Ein neue Studie enthüllt erstmals, wie sich tierische Nahrungsnetze in den letzten 130.000 Jahren verändert haben – und deckt die weitreichenden Folgen des Artensterbens von Landsäugetieren auf.
Eine sogenannte Räuber-Beute-Interaktion zwischen einem jungen Geparden und einem Jungtier der Thompson-Gazelle in der Masai Mara in Kenia. Würde der vom Aussterben bedrohte Räuber verschwinden, hätte dies laut einem internationalen Forschungsteam wohl weitreichende Folgen.
Die Verbindungen durch Jäger-Beute-Beziehungen zwischen verschiedenen Tieren kann man durch die Erstellung von Nahrungsnetzen nachvollziehen. Doch diese Beziehungen verlieren immer mehr an Komplexität: Allein im Laufe der letzten 50 Jahre kamen rund 60 Prozent der globalen Tierarten auf die Liste der vom Aussterben bedrohten Arten. Das hat Auswirkungen auf die biologischen Systeme der Erde – ähnlich wie vergangene große Massensterben.
Wie sich die Dezimierung einzelner Tierpopulationen auf die Nahrungsnetze auswirkt, hat nun ein Forschungsteam rund um den Biologen Evan Fricke genauer untersucht. Konkret hat sich die Studie der Rice University in Houston, Texas mit dem Aussterben von Landsäugetieren und den daraus resultierenden Folgen für die Nahrungsnetze und die Biodiversität während der letzten 130.000 Jahre beschäftigt. Dabei fanden die Forschenden heraus, dass Nahrungsnetze während dieser Zeit kontinuierlich simpler wurden – und der Mensch dabei schon immer eine große Rolle gespielt hat.
Wer frisst wen – und wie lange noch?
Zunächst mussten sich die Forschenden einen Überblick darüber schaffen, wie sich einzelne Tiere in die Nahrungsnetze einfügen. Um dieser Frage genauer nachzugehen, nutzte das internationale Team aus den Vereinigten Staaten, Dänemark, Spanien und dem Vereinigten Königreich neueste technische Hilfsmittel. Daten aus dokumentierten Beobachtungen von Interaktionen zwischen Raub- und Beutetieren halfen ihnen, einen maschinellen Lernalgorithmus zu trainieren. Dieser erkannte daraufhin Merkmale, die es wahrscheinlicher machten, dass ein Raubtier eine andere Art als Beute auserwählt, wie beispielsweise das Verhältnis der Körpermassen zueinander.
“Diese Ergebnisse zeigen einen Zusammenbruch des Nahrungsnetzes in Zeitlupe, der durch den selektiven Verlust von Arten mit zentralen Funktionen im Nahrungsnetz verursacht wird.”
Mit dem Training des Algorithmus ist es Fricke und seinem Team schließlich gelungen, auch Interaktionen zwischen Räubern und Beutetieren zu modellieren, über die es keine dokumentierten Beobachtungen gibt – insbesondere zwischen ausgestorbenen Arten. „Dieser Ansatz kann uns mit neunzigprozentiger Genauigkeit sagen, wer heute wen frisst“, sagt Lydia Beaudrot, Ökologin am Rice Institut und leitende Autorin der Studie. Oder auch, wer wen innerhalb der letzten 130.000 Jahre gefressen hat.
Fricke erklärt, dass die Modellierung zeigt, dass die Nahrungsnetze durch das Aussterben von besonders relevanten Arten viel stärker an Komplexität verlieren als erwartet. Folglich führt und führte der Wegfall von Arten nicht zu einer Anpassung oder zunehmenden Widerstandsfähigkeit der Biodiversität. Im Gegenteil: Vielmehr kam es bei Nahrungsnetzen zu einem regelrechten „Zusammenbruch in Zeitlupe“.
Kleinere Nahrungsnetze und schwindende Biodiversität
Komplexe Verbindungen zwischen Raubtieren und ihrer Beute sind laut der Studie von enormer Wichtigkeit für die Ökosysteme: Sie gewährleisten die Regulation von Populationen, wodurch eine Vielfalt an Arten koexistieren kann. Kommt es jedoch zu einem Massenaussterben oder einem anderweitigen Rückgang von Tierarten, wackelt dieses komplexe Konstrukt. Mit den Tieren schwindet auch die Widerstandsfähigkeit der Ökosysteme.
Dabei ergaben die Analysen der Forschenden, dass das Aussterben bestimmter Arten bereits weitreichendere Folgen hatte. „Während etwa sechs Prozent der Landsäugetiere ausgestorben sind, sind dadurch schätzungsweise mehr als 50 Prozent der Nahrungsnetze von Säugetieren verschwunden“, sagt Fricke. Sowohl damals als auch heute seien die Arten, die am wahrscheinlichsten aussterben, also besonders bedeutsam für die Komplexität der Nahrungsnetze.
Laut Fricke geben die Ergebnisse der Studie einen nie da gewesenen Einblick in das globale Nahrungsnetz, über das eiszeitliche Säugetiere verbunden waren. Zusätzlich ermöglichen die neuen Daten Kenntnisse darüber, wie derzeitige Nahrungsnetze aussehen könnten, hätten die ausgestorbenen Säbelzahnkatzen, Riesenfaultiere, Beutellöwen und Wollnashörner heute noch Einfluss auf moderne Tierarten. „Obwohl Fossilien uns Aufschluss darüber geben können, wo und wann bestimmte Arten lebten, vermittelt uns diese Modellierung ein besseres Bild davon, wie diese Arten miteinander interagierten“, sagt Beaudrot.
Inwieweit der Algorithmus Nahrungsnetze rekonstruieren kann, zeigt dieses Schaubild. Es zeigt für verschiedene Standorte (Kleinbuchstaben) alternative Szenarien der Zusammensetzung von Säugetierarten und wie unterschiedlich die Nahrungsnetze aussehen, wenn nicht nur die heutigen Säugetiere (Extant), sondern auch ausgestorbene und ehemals lokal verbreitete Tierarten (Extant + Extinct) im Modell berücksichtigt werden.
Es ist noch nicht alles verloren
Die schlichte Veränderung der Nahrungsnetze ist an sich etwas ganz Natürliches. Seit jeher wirken sich beispielsweise klimatische Schwankungen auf die Evolution von Tierarten aus – oder führen zu Massenaussterben. Jedoch ist laut der Studie in den letzten Jahrhunderten und Jahrtausenden vor allem die Menschheit maßgeblich für die weltweite und lokale Verkleinerung der Nahrungsnetze verantwortlich. „Die Komplexität der Nahrungsnetze nahm regional immer nach der Ansiedlung und Ausbreitung menschlicher Populationen stark ab”, so die Forschenden. So kann man die meisten Rückgänge von Säugetieren mit der Ankunft des Homo sapiens und später auch mit der Kolonialisierung verbinden.
Doch nicht alles ist verloren. Denn laut den Forschenden ist das Aussterben von Arten für rund die Hälfte des Rückgangs der Nahrungsnetze verantwortlich – die andere Hälfte jedoch ist durch die Verkleinerung von geografischen Verbreitungsgebieten hervorgerufen worden. Vor allem Letztere kann laut Fricke umgekehrt werden. Denn die Wiederansiedlung von Arten in ihren ehemaligen Verbreitungsgebieten birgt ein großes Potenzial. Beispielhaft plädieren er und seine Kollegen für die Wiedereinführung von Luchsen in Colorado, europäischen Bisons in Rumänien oder Fischermardern in Washington.
„Wenn ein Tier aus einem Ökosystem verschwindet, hallt sein Verlust durch das Netz von Verbindungen, das alle Arten in diesem Ökosystem miteinander verknüpft“, sagt Fricke. Die Studie zeige so nicht nur, was in der Vergangenheit verloren ging – sondern auch, was wir noch verlieren könnten, wenn wir nichts gegen das Artensterben unternehmen.
