Die Bedeutung ökologischer, genetischer und klimatischer Faktoren für Arealexpansionen. - Eine Fallstudie zu Ceratocapnos claviculata im ursprünglichen und neu besiedelten Areal.

Dipl. Biol. Nicole Voß, PD Dr. Rolf Lutz Eckstein (JLU-Gießen), Dr. Walter Durka (Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Halle)

Bedingt durch den globalen Wandel, der sowohl Veränderungen des Klimas, als auch von Landnutzung, Nährstoffverfügbarkeit und Transportsystemen betrifft, sind ökologische Prozesse und die Verbreitungsmuster von Arten aktuell einer raschen Veränderung unterworfen. Folglich werden zukünftig drastische Verschiebungen der Areale von Arten erwartet. Aufgrund der Veränderung multipler Prozesse im Zuge globalen Wandels ist die Identifikation der Faktoren, die eine Arealausweitung ermöglichen oder behindern, essentiell für das Verständnis und das potentielle Management von Arealverschiebungen. Daher sollten mutmaßliche Schlüsselfaktoren, die für aktuell zu beobachtende Arealveränderungen von Arten verantwortlich sind, umfassend und gründlich analysiert werden.

Bei der Erweiterung des Verbreitungsareals von Pflanzen bestimmen eine Reihe von ökologischen und umweltbedingten Filtern und Merkmalen wie z. B. Ausbreitung, Klima, Habitatqualität und genetische Populationsstruktur den Ausgang von Kolonisationsereignissen, d. h. den Etablierungserfolg und die Persistenz der neu gegründeten Populationen. Daher bieten aktuelle Arealexpansionen einzigartige Möglichkeiten, die relative Bedeutung ökologischer, klimatischer und genetischer Faktoren für die Verbreitung und Abundanz von Pflanzen zu untersuchen.

Das Forschungsprogramm beschäftigt sich mit der Bedeutung dieser Faktoren für den Etablierungserfolg am Beispiel von Ceratocapnos claviculata (L.) Lidén, einer sich ausbreitenden kurzlebigen Art lichter Eichen-Birkenwälder, Heiden und Schlägen. Diese Art wurde bislang als eu-atlantisch angesehen, hat sich in den letzten Jahrzehnten jedoch rasch östlich und nördlich in subkontinentale und subboreale Regionen ausgebreitet. Diese Arealausweitung könnte mit anthropogener Ausbreitung, Veränderungen der Habitatqualität, genetischen Prozessen oder klimatischen Veränderungen zusammen hängen.

 Das Forschungsprojekt besteht aus einer Kombination von freilandökologischen Untersuchungen im Ursprungsareals und Landschaftsausschnitten am neu besiedelten östlichen und nördlichen Arealrand, molekularbiologischen Untersuchungen (unter Verwendung von Mikrosatelliten DNS Markern) und faktoriellen Freilandexperimenten, welche durch einen landschaftsgenetischen Ansatz verbunden sind. Die in den verschiedenen Programmteilen erzielten Erkenntnisse werden für die Entwicklung eines Arealmodells der Art in Kooperation mit Prof. Helge Bruelheide und Dr. Eric Welk (Universität Halle) verwendet.

 Das Hauptziel des Projekts ist es, die Bedeutung von Ausbreitung, Habitatqualität (Ressourcen, biotische Wechselwirkungen), genetischer Prozesse und Faktoren (genetische Variabilität, intraspezifische Hybridisierung, Gründereffekte) und klimatischer Bedingungen für den Ausbreitungserfolg, die Lebensfähigkeit von Populationen und die dauerhafte Etablierung der Art zu verstehen. Es ergeben sich für das Forschungsprogramm folgende Teilziele: (1) experimentelle Analyse der Bedeutung der Anzahl eingetragener Samen (Diasporendruck), genetischer Diversität, Habitatqualität und lokaler Adaptation für den Etablierungserfolg neuer Populationen, (2) Analyse von lokaler Adaptation und klimatischen Faktoren für die Etablierung und die Fitness von Populationen mit Hilfe eines Transplantationsexperiments, (3) Analyse der genetischen Populationsstruktur über das gesamte Areal der Art, (4) landschaftsgenetische Analyse des Zusammenhangs zwischen Land¬schaftsstrukturmaßen und genetischer Struktur und (5) Modellierung des ehemaligen, aktuellen und potentiellen Areals der Art.

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

• VOSS, N., SIMMERING, D., PEPPLER-LISBACH, C., DURKA, W., ECKSTEIN, R.L., 2011: Vegetation databases as a tool to analyze factors affecting the range expansion of the forest understory herb Ceratocapnos claviculata. - Journal of Vegetation Science 22: 726-740.
• VOSS, N., WELK, E., DURKA, W. ECKSTEIN, R.L., 2012: Biological flora of Central Europe: Ceratocapnos claviculata (L.) Lidén. - Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics 14:61-77.