Was wissen wir über die Anpassungsfähigkeit von Arten an den Kli d l?Klimawandel?

Dennis Rödder

roedder@uni-trier.de

Global warmingJahrestrends seit 1976Universität Trier, Fach BiogeographieJahrestrends seit 1976

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Walther et al. 2002, Nature

Universität Trier, Fach Biogeographie

Klimaveränderung

Phänologische Demographische Geographische EvolutivePhänologischeReaktion

Demographische Reaktion

GeographischeReaktion

EvolutiveReaktion

Änderung der Arteninteraktion

GeographischeGeographischeFolgereaktion Extinktion

Universität Trier, Fach Biogeographie

Klimaveränderung

Phänologische Demographische Geographische EvolutivePhänologischeReaktion

Demographische Reaktion

GeographischeReaktion

EvolutiveReaktion

Änderung der Arteninteraktion

GeographischeGeographischeFolgereaktion Extinktion

Ökologische NischeUniversität Trier, Fach Biogeographie

Ökologische NischeUniversität Trier, Fach Biogeographie

Universität Trier, Fach Biogeographie

Phänologische Reaktionen bei Amphibien

nach Henle et al. (im Druck), ergänzt

Ökologische NischeUniversität Trier, Fach Biogeographie

Stenseth & Mysterud (2002), PNAS

Universität Trier, Fach Biogeographie

Klimaveränderung

Phänologische Demographische Geographische EvolutivePhänologischeReaktion

Demographische Reaktion

GeographischeReaktion

EvolutiveReaktion

Änderung der Arteninteraktion

GeographischeGeographischeFolgereaktion Extinktion

Universität Trier, Fach Biogeographie

Demographische Reaktionen Demographische Reaktionen

Wachsen und Sterben - kritische Phasen im Leben einer Population -

Nt = N0 + B - M + I - E

I = Immigration E = Emigration

Universität Trier, Fach Biogeographie

Demographische Reaktionen

Wachsen und Sterben - kritische Phasen im Leben einer Population -

Nt = N0 + B - M - I - E

B = Wachstumsrate M = Sterberate

Universität Trier, Fach Biogeographie

Demographische Reaktionen bei Amphibien

Wachstum + Reife

mm

Larval-entwicklungmbFertilität entwicklungml

b

me

Embryonalentwicklung

Ökologische NischeUniversität Trier, Fach Biogeographie

Si d diSind die fetten Jahre

vorbei?

Reading 2007, Oecologia

Ökologische NischeUniversität Trier, Fach Biogeographie

Si d diSind die fetten Jahre

vorbei?

Reading 2007, Oecologia

Ökologische NischeUniversität Trier, Fach Biogeographie

Si d diSind die fetten Jahre

vorbei?

Reading 2007, Oecologia

Ökologische NischeUniversität Trier, Fach Biogeographie

Si d diSind die fetten Jahre

vorbei?

Bosch et al. (2007), Proc. Royal Soc. B.

Universität Trier, Fach Biogeographie

Demographische Reaktionen bei Amphibien

Höhere Temperaturen …

bewirken unter anderem ...

... eine schnellere Embryonalentwicklung m ↓... eine schnellere Embryonalentwicklung

... eine frühere Metamorphose

i kl i M t h öß

me ↓

ml ↓

↑... eine kleinere Metamorphosegröße

... eine größere Hibernationsgröße mm ↓

↓

mm ↑

... eine frühere Geschlechtsreife mm ↓

... eine geringere Reifegröße b ↓

Universität Trier, Fach Biogeographie

Demographische Reaktionen bei Amphibien

Höhere Temperaturen …

bewirken unter anderem ...

... eine schnellere Embryonalentwicklung m ↓... eine schnellere Embryonalentwicklung

... eine frühere Metamorphose

kl i M t h öß

me ↓

ml ↓

↑k bi i ht h b... kleinerer Metamorphosegröße

... größere Hibernationsgröße mm ↓

↓

mm ↑… kaum bis gar nicht vorhersagbare demographische Veränderungen!

... eine frühere Geschlechtsreife mm ↓

... eine geringere Reifegröße b ↓

g p g

Universität Trier, Fach Biogeographie

Klimaveränderung

Phänologische Demographische Geographische EvolutivePhänologischeReaktion

Demographische Reaktion

GeographischeReaktion

EvolutiveReaktion

Änderung der Arteninteraktion

GeographischeGeographischeFolgereaktion Extinktion

Global warming – das große Artensterben?Universität Trier, Fach Biogeographie

IPCC 2007IPCC, 2007

Nische breit genug?Universität Trier, Fach Biogeographie

Realisierte Spanne

Fundamentale Nische

Temperatur

Nische breit genug?Universität Trier, Fach Biogeographie

Realisierte Spanne

Fundamentale Nische

Temperatur

Bei Erwärmung

Temperatur

Nische breit genug?Universität Trier, Fach Biogeographie

Realisierte Spanne

Fundamentale Nische

Temperatur

Bei Erwärmung

Temperatur

Universität Trier, Fach Biogeographie

Ökologische NischenmodellierungUniversität Trier, Fach Biogeographie

DOMAIN

BIOMOD

viele heuristische Verfahren, teilweise GIS-basierte Software, auch freeware

Modellierungsprozesse müssen stets kritisch hinterfragt werden Good

idea, interpretierbar; obwohl mathematisch

einwandfrei (AUC) manchmal biologisch unbedeutend

,but …

u bedeu e d

diverse ‘pit falls’ (z.B. Parameterwahl, Autokorrelation)

Modelle liefern Ideen

Welche Variablen?Universität Trier, Fach Biogeographie

Trachemys scripta Osteopilus septentrionalis

Eleutherodactylus coqui Boiga irregularis

Welche Variablen?Universität Trier, Fach Biogeographie

Mögliche Verbreitung von Trachemys scripta

- 375 native Populationen

205 invasive Populationen- 205 invasive Populationen

- ‚Standard‘ Prädiktoren

- 5 Prädiktoren speziell auf die Ökologie abgestimmt

‘annual mean temperature’ (Bio1) ‘maximumannual mean temperature (Bio1), maximum temperature of the warmest month’ (Bio5), ‘minimum temperature of the coldest month’ (Bio6), ‘annual precipitation’ (Bio12) ‘precipitation of the driestprecipitation’ (Bio12), ‘precipitation of the driest quarter’ (Bio17)

Welche Variablen?Universität Trier, Fach Biogeographie

’Standard’ PrädiktorenStandard Prädiktoren

Rödder et al. Biol Inv, submitted

Welche Variablen?Universität Trier, Fach Biogeographie

’Standard’ PrädiktorenStandard Prädiktoren

Rödder et al. Biol Inv, submitted

Welche Variablen?Universität Trier, Fach Biogeographie

‘Natural History’ PrädiktorenNatural History Prädiktoren

Rödder et al. Biol Inv, submitted

Wie gut sind Modelle? Beispiel 1Universität Trier, Fach Biogeographie

Eleutherodactylus coqui

Invasive: Hawaii Native: Puerto Rico

Selbst in Fällen wo das Klima nicht der limitierede Faktor für die

Rödder, North-West J Zool (2009)

Verbreitung ist, können die Modelle erfolgreich angewendet werden

Wie gut sind Modelle? Beispiel 1Universität Trier, Fach Biogeographie

Eleutherodactylus coqui

Invasive: Hawaii Native: Puerto Rico

Selbst in Fällen wo das Klima nicht der limitierede Faktor für die

Rödder, North-West J Zool (2009)

Verbreitung ist, können die Modelle erfolgreich angewendet werden

Wie gut sind Modelle? Beispiel 2Universität Trier, Fach Biogeographie

Kubalaubfrosch

Rödder & Weinsheimer, J Nat Hist (2009)

Osteopilus septentrionalis

Wie gut sind Modelle? Beispiel 2Universität Trier, Fach Biogeographie

Invasive Verbreitung Vorhersage basierend aufInvasive Verbreitung Vorhersage basierend auf nativer Verbreitung

Rödder & Weinsheimer, J Nat Hist (2009)

Osteopilus septentrionalis

Gl b l min V änd n n in E pUniversität Trier, Fach Biogeographie

Global warming – Veränderungen in EuropaVerluste Gewinne

TranslokationUniversität Trier, Fach Biogeographie

Beispiel Leptopelis ragazzii

range shiftnicht möglich

Maximum Entropy

21,000 BP (LGM) heute 2 x CO2 (ca. 2100)Weinsheimer & Rödder, Endangered Species Research, submitted

TranslokationUniversität Trier, Fach Biogeographie

Beispiel Leptopelis ragazzii

range shiftnicht möglich

Maximum Entropy

21,000 BP (LGM) heute 2 x CO2 (ca. 2100)Weinsheimer & Rödder, Endangered Species Research, submitted

TranslokationUniversität Trier, Fach Biogeographie

Beispiel Leptopelis ragazzii- Starke Habiatfragmentation behindert Ausbreitung

range shiftnicht möglich

Maximum Entropy

21,000 BP (LGM) heute 2 x CO2 (ca. 2100)Weinsheimer & Rödder, Endangered Species Research, submitted

Universität Trier, Fach Biogeographie

Klimaveränderung

Phänologische Demographische Geographische EvolutivePhänologischeReaktion

Demographische Reaktion

GeographischeReaktion

EvolutiveReaktion

Änderung der Arteninteraktion

GeographischeGeographischeFolgereaktion Extinktion

Universität Trier, Fach Biogeographie

Evolutive Reaktionen?

Prinzipiell können sich Population evolutiv (genetisch) an sich ändernde Umweltbedingungen anpassen:

• Altitudinale (Alpen; Brand & Grossenbacher 1979) und latitudinale (Finnland; Laugen et al. 2003) Anpassung der Larvalentwicklung desAnpassung der Larvalentwicklung des Grasfrosches entlang von Temperaturgradienten.

• Die Geschwindigkeit adaptiver Evolution von ist unbekannt.

• U.a. Abhängigkeit von genetischer Variation und effektiver Populationsgröße (Ne).und effektiver Populationsgröße (Ne).

Universität Trier, Fach Biogeographie

Evolutive Reaktionen bei vielen Arten ?… ?

… als Reaktion auf den Klimawandel können weitgehend ausgeschlossen werden.

Reaktionen im Rahmen ihrer Reaktionsnormen“ sind eher„Reaktionsnormen sind eher

wahrscheinlich.

ZusammenfassungUniversität Trier, Fach Biogeographie

Wirkungsgefüge sind Komplex

Ultimate Faktoren (z B Austrockung von Laichgewässern)- Ultimate Faktoren (z.B. Austrockung von Laichgewässern)

- Subtilere Einflüsse auf demographische Prozesse

- Rückkoppelungen in biologischen Netzwerken

Wie können Arten reagieren?

- Anpassung (niche shift): ???, eher unwahrscheinlich, zu schnell

- gar nicht nötig, da Nische breit genug (niche breadth): ???

- Translokation: horizontal/vertikal (niche conservatism geogr. range shift): Hängt von Habitatvernetzung und Ausbreitungsvermögen

der Art abder Art ab

Universität Trier, Fach Biogeographie

D k

Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitDanksagung

Für gute Zusammenarbeit / Bereitstellung von Daten

Wolfgang Böhme, Joseph Bernardo, Jon Bielby, Jaime Bosch, Matthew Fisher, Trenton W. Garner, Jan Habel, Célio B. F. Haddad, Robert J. Hijmans, Jos Kielgast,

Enrique La Marca, Steffen Reichle, Mirco Solé, Sebastian Schmidtlein, Michael Veith, qSusan F. Walker, Philipp Wagner, Frank Weinsheimer

Für finanzielle Unterstützung

-Graduiertenförderung des Landes Nordrhein-Westfalen-Alexander Koenig Gesellschaft

Universität Trier-Universität Trier-Deutsche Gesellschaft für Herpetologie und Terrarienkunde