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Wie wirken sich Beweidung und klimatische Veränderungen auf die Ökosysteme der Tundra aus, und wie werden sich die künftigen Veränderungen der Arktis auf die Lebensgrundlagen der dortigen Bevölkerung auswirken? Dieser Frage geht eine internationale Forschungskooperation aus Umweltgenomik, Ökologie und Ethnologie nach. Die Koordinatorin des Projekts ist die Konstanzer Juniorprofessorin Dr. Laura Epp.

Die genomischen Studien an alter DNA aus Sedimentbohrkernen werden in dem Projektverbund mit aktuellen ökologischen Daten und mit ethnologischen Studien gekoppelt. Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt werden als gesellschaftlicher Wissenstransfer in die untersuchten Gebiete zurückfließen. Das Projekt "Arktische Ökosysteme der Zukunft" wird in den kommenden drei Jahren mit insgesamt zirka 1,7 Millionen Euro durch das BiodivScen ERA-NET-Programm gefördert, das durch BiodivERsA, das europäische Forschungsnetzwerk zur Artenvielfalt, und das Belmont Forum, eine internationale Partnerschaft zur Finanzierung der Forschung im Bereich des Klimawandels, ins Leben gerufen wurde.

Das Projekt strebt einen Bogen von der Untersuchung arktischer Ökosysteme seit der letzten Eiszeit zu aktuellen Entwicklungen an und wird dabei unmittelbar relevante Ergebnisse für aktuelle Landnutzung bieten. „Die Menschen vor Ort haben berechtigtes Interesse daran zu wissen, was passiert, sowohl wirtschaftlich als auch klimatisch. Aus den verschiedenen Informationssätzen werden wir Szenarien entwickeln, wie sich die ökologischen Veränderungen in der Arktis weiter vollziehen werden“, sagt Laura Epp, die 2018 vom Alfred-Wegener-Institut in Potsdam an das Limnologische Institut der Universität Konstanz wechselte.

Die Arktis erlebt derzeit besonders starke Änderungen des Klimas. Obwohl die Region dünn besiedelt ist, sind die Auswirkung für die dort lebenden Menschen gravierend. Umgekehrt stellen gerade die Beweidung und ein veränderter Weidedruck (Belastung der Fläche durch Tiere) einen wichtigen Faktor für die Ausprägung der Vegetation dar. Beweidung, insbesondere durch Großsäuger, gibt es in den Tundren bereits seit sehr langer Zeit. Während der Eiszeiten grasten auf den eisfreien Flächen der arktischen Tundra Mammuts und Wollnashörner. Heute stellen Rentiere, die wirtschaftlich hoch relevant sind, den Hauptanteil der Großsäuger.

Das Kooperationsprojekt von Teams aus sieben Ländern – aus Deutschland, Skandinavien, Frankreich und Nordamerika – bedient sich einer neuen Untersuchungsmethode zur Rekonstruktion der vergangenen Umwelt, die auf DNA aus Sedimentproben basiert. Dazu werden Sedimentbohrkerne aus Seen entnommen, die als Archiv für DNA-Ablagerungen dienen. Die ältesten DNA-Spuren überhaupt, die unter einem Gletscher entnommen wurden, gehen auf annähernd eine halbe Million Jahre zurück. Laura Epp untersucht meist Sedimente auf Zeitskalen von Jahrtausenden. In einem zukünftigen Projekt möchte sie zum Beispiel in Sedimenten des Bodensees um die 16.000 Jahre zurückgehen, in die Endphase der letzten Eiszeit.

Die arktischen Proben im aktuellen Projekt werden teilweise Alter von mehreren zehntausend Jahren haben. Laura Epps Arbeitsgruppe für Umweltgenomik wird gemeinsam mit kooperierenden Arbeitsgruppen in den Sedimenten die DNA-Ablagerungen auf Vegetation und Säugetierpopulationen untersuchen. Durch die gemeinschaftliche Arbeit sollen in dem Projekt Proben aus allen Teilen der Arktis bearbeitet werden.

Für Pflanzen ist die Methode seit einigen Jahren ziemlich etabliert und kann zu einer detaillierten Vegetationsbeschreibung genutzt werden. So können zirka zwei Gramm Sediment in der Arktis 30 bis 40 verschiedene Pflanzenarten aufdecken. Die Untersuchung von DNA aus Sedimentproben ist im Prinzip auch dafür geeignet, das Vorkommen von Säugetieren über Jahrtausende zurückzuverfolgen. „Wir wissen, dass die genomischen paläoökologischen Methoden bei den Pflanzen zuverlässig funktionieren. Zur Analyse von Populationen von Großsäugern müssen wir die Methoden noch verfeinern und zum Beispiel DNA von Pilzen, die auf Säugetierdung leben, mit einbeziehen. Da werden wir ganz neue Erkenntnisse erhalten“, sagt Laura Epp.

Zu den Daten aus den Sedimenten, die Jahrtausende abdecken, kommen ökologische Daten, die über mehrere Jahrzehnte von ÖkologInnen auf beweideten und nicht-beweideten Flächen in der Arktis gewonnen wurden. Sie stellen die kurzzeitigere Entwicklung dar und können Mechanismen der Veränderung aufdecken. Die Datensätze beider Zeitskalen werden im Projekt zusammengeführt und analysiert. Darüber hinaus arbeiten EthnologInnen im Projekt mit einigen arktischen Gemeinschaften zusammen, insbesondere mit „Stakeholdern“ der Rentierhaltung. Das sind Hirten der Rentierherden, Organisatoren der Bewirtschaftung und Lokalpolitiker. In Interviews werden sie detailliert zur Rentierhaltung und zu beobachteten Veränderungen in den vergangenen Jahrzehnten befragt. Die so gewonnenen Erkenntnisse werden gemeinsam mit den naturwissenschafltichen Daten genutzt, um zukünftige Entwicklungen zu prognostizieren und Szenarien für künftige Ökosysteme zu entwickeln.

BiodivERsA ist ein europäisches Netzwerk nationaler und regionaler Förderorganisationen, das die gesamteuropäische Forschung zu Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen fördert und innovative Möglichkeiten zur Erhaltung der Biodiversität und nachhaltigen Bewirtschaftung bietet. Ein wesentliches Ziel ist, das BiodivERsA-Förderprogramm an den Bedürfnissen der Gesellschaft und der politischen Umsetzbarkeit zu orientieren, so dass Forschungsergebnisse und neues Wissen für die zukünftige Entwicklung nutzbar werden.

Faktenübersicht:

• Internationale Forschungskooperation zu den Wechselwirkungen von Klima und Beweidung auf die Vegetation der Tundra
• Interdisziplinäre Kooperation aus Umweltgenomik, Ökologie und Ethnologie
• Juniorprofessorin Dr. Laura Epp vom Limnologischen Institut der Universität Konstanz ist Projekt-Koordinatorin
• Studien in der Tundra Skandinaviens, Sibiriens und Nordamerikas
• Unterstützt mit insgesamt 1,7 Millionen Euro durch das  ERA-NET-Programm BiodivScen, das gemeinsam von BiodivERsA und dem Belmont Forum initiiert wurde, sowie durch die Förderorganisa-tionen DFG (DE), ANR (FR), NFR (NO), AKA (FI), FORMAS (SE), NSERC (CAN) and NSF (USA).
• Laufzeit bis 2022.