Natürliche Lebensräume - Biotope

Natürliche Lebensräume – Biotope. Von
Reichtum, Armut und Veränderung
Stefan Porembski, Universität Rostock, Institut für
Biowissenschaften, Allgemeine und Spezielle Botanik
-
Entstehung der organismischen Vielfalt
Räumliche Verteilungmuster von Biodiversität
Sukzession und Evolution: Stetige Veränderung
Eigene Arbeitsgebiete
• Terrestrische Habitatinseln (u.a. Inselberge)
Sölle (Norddeutschland)
Waldinseln (Westafrika)
Inselberge (weltweit in den Tropen)
Rock outcrops:
- Patchily distributed habitats
dominated by a hard, stony
surface
- Protruding above their
surroundings
Inselbergs
Tepuis
Diversität auf extremen Standorten:
Fleischfressende Pflanzen
- Fallentypen
Saugfallen
Saugfallen
Klappfallen
Klappfallen
Dionaea
Dionaea muscipula
muscipula
Utricularia
Utricularia spp
spp..
Definitionen
raum: seemännisch für weit
Raum: ahd. rüm, Æ weit, geräumig
Lebensraum: spezifische Ansammlung von
Lebewesen an einem Ort = Habitat
Biotop: räumlich abgrenzbare Einheit eines
Ökosystems
Die Vorstellung einer flachen Erde (Erdscheibe)
findet sich in vielen frühen Kulturen
Alter der Erde: ca. 4,5 Mrd. Jahre
Zusammensetzung der Erdatmosphäre:
Stickstoff
78%
Sauerstoff
21%
Argon
0,9%
Kohlendioxid
0,03%
Fläche der Erde: 511.039.000km2
Meere:
71%
Festland: 29%
Älteste Organismen
- Prokaryoten
(„Archaea“, >3,4
Mrd.)
- Photosynthetisch
aktive mikrobielle
Matten in alten
Ozeanen (3,146Mrd.)
Prokaryotic cell
The most common cell shapes of prokaryotes
Cross-section of a eukaryotic cell
FLORENGESCHICHTE
Historische Geobotanik, beschäftigt sich mit der histor.
Entwicklung der Vegetation (inkl. Teile der Paläobotanik)
Gondwana
Kontinentaldrift
Auseinanderbrechen des Superkontinents Pangäa zum Beginn des
Jura ca. vor 180 Mio. Jahren in nördl. Laurasia (heute N-Amerika,
Grönland, Eurasien) und südl. Gondwana (heute S-Amerika, Afrika,
Madagaskar, Indien, Australien, Antarktis), Trennung durch die
Tethys-See.
Vereisung Europa
Erdzeit in Jahrtausenden von heute
PaudorfArcyInterstadial
Amersf.
BrörupInterstadial Interstadial
70
60
Alt-Würm
sehr kalt
50
40
Mittel-Würm
30
Alleröd
20
10
Jung-Würm
0
Holozän
kühl
gegenwärtige Temperatur
kalt
warm
PLEISTOZÄNE KLIMAVERÄNDERUNGEN
Änderung von Arealen durch Ausdehnung u. Schrumpfen der Eisdecken
während pleistozäner Eis-/Warmzeiten. Beginn vor ca. 2 Mio. Jahren. 6
Glaziationen (Biber, Donau, Günz, Mindel, Riß, Würm); max. Vereisung
vor 18.000 Jahren.
Entstehung disjunkter Areale
In Europa zusätzlich zur arktischen Vergletscherung Bildung von
Gletscherzentren (Alpen, Pyrenäen).
Folge: Isolation u. Aussterben wärmeliebender Arten in MEuropa, da O-W-Orientierung von Mittelmeer u. Gebirgen
Ausweichen nach S verhinderte. Im Gegensatz dazu: Erhalt der
Areale in N-Amerika (Ausweichen entlang N-S orientierter Rocky
Mts./Appalachen) u. Überleben der Arten an Reliktstandorten
(Florida, M-Amerika).
Folge: Entstehung disjunkter Areale mit Verbreitungslücke in Europa
(Fossilien!); glaziale “Auslöschungsareale” von Nelumbo (Nelumbonac.),
Magnolia (Magnoliac.), Platanus (Platanac.).
Die Wiederentdeckung der Erde
Kräuterbücher (u.a. Hieronymus Bock,
Leonhart Fuchs, 15. Jhr.)
Die Erde als Scheibe im Mittelpunkt des
Universums
Mandragora
officinalis
Alraune
Die Wiederentdeckung der Erde
Die Fabelwesen des Claude Duret
„Schafbaum“
„Gänse-/Muschelbaum“
Thomas Morus,
Morus 1478 - 1535
Utopia (1516): Der Inselstaat im Nirgendwo,
in dem die Menschen in Gleichheit, Einheit
und Frieden zusammenleben
Die Verkleinerung der Erde
Die Verkleinerung der Erde
„Entdeckung“ Amerikas 1492
2. Türkenbelagerung Wiens 1683
Coffea arabica
Rubiaceae
Kaffee
Die „Inbesitznahme“ der Erde
Alexander von
Humboldt, 1769 – 1859,
„Pflanzengeographie“
Botanischer Garten,
Leiden, Niederlande
Royal Botanic Gardens,
Kew, Großbritanien
Die ältesten Botanischen Gärten der Welt
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•
Jahr
1544
1545
1545
1568
1580
1586
1589
1593
1594
1609
1621
1635
Ort
Pisa
Padua
Florenz
Bologna
Leipzig
Jena
Basel
Montpellier
Leiden
Giessen
Oxford
Paris
Gründer oder erster wiss. Leiter
Luca Ghini
Luigi Squalemo, gen. Anguillara
Niccolò gen. il Tribolo
Ulisse Aldrovandi
Moritz Steinmetz
Caspar Bauhin
Pierre Richer de Belleval
Carolus Clusius
Ludwig Jungermann
Jacob Bobart
Guy de la Brosse
Systematische Abteilung,
Botanischer Garten, Rostock
Das System der Natur (nach Gottes Plan)
Binäre Nomenklatur
• Carl von Linné (1753)
Einführung lateinischer oder griechischer
Artbezeichnungen
- Artemisia vulgaris L. (Beifuß)
- Taraxacum officinale Wiggers
Löwenzahn
Gattungsname Artname Autor
Odores medicamentorum (C. v. Linné, 1752)
Katologisierung der Düfte, Gerüche u. des Gestanks
-
Fragrantes (wohlriechend)
Hircinos (aufreizend)
Ambrosiacos (verführerisch)
Tetros (faulig)
Nauseosos (Ekel erregend)
Aromaticos (duftend)
Alliaceos (knoblauchartig)
Die Verkleinerung der Erde
„Entdeckung“ Amerikas 1492
2. Türkenbelagerung Wiens 1683
Seit wann essen wir Bananen
in Deutschland?
Schon seit der Ritterzeit?
SEIT ETWA 100 JAHREN
NUTZPFLANZEN AMERIKAS
Anacardium occidentale (Cashew-Nuß), Ananas comosus [Brom.], Annona
cherimola (Cherimoya), Arachis hypogaea [Faba.] (Erdnuß), Araucaria
(Samen), Bertholletia excelsa [Lecy.] (Paranuß), Bixa orellana (roter Farbstoff),
Capsicum [Solan.] (Paprika), Carica papaya, Chenopodium quinoa
(Quinoa), Chinchona [Rub.] (Fieberrinde), Corchorus [Tili.] (Jute),
Crescentia cujete [Big.] (Kalebasse), Euterpe oleracea („Palmitos“),
Asterac. Heliantus annuus (Sonnenblume), H. tuberosus (Topinambur),
Hevea brasiliensis [Euph.]
(Kautschuk), Lycopersicon
esculentum (Tomate), Manihot
esculenta [Euph.] (Maniok),
Nicotiana tabacum [Solan.],
Passiflora (Maracuja),
Persea americana [Laur.]
(Avocado), Phytelephas
macrocarpa (ElfenbeinPalme), Psidium guajava
[Myrt.] (Guave),
Solanum tuberosum (Kartoffel),
Swietenia mahagoni [Melia.],
Theobroma cacao [Sterc.]
(Kakao, „chocolatl“), Vanilla
[Orch.], Zea mays [Poa.] (Mais).
Nicotiana tabacum
Solanaceae
Tabak
Inventarisierung der Erde
Florenwerke
Die Florenreiche der Erde
Die wichtigsten Biome (Großlebensräume)
rot: Tropischer Regenwald, gelb: Savanne, hellviolett: Wüsten, braun:
Mediterrane Hartlaubgewächse, dunkelgelb: Grasland, Prärie,
dunkelgrün: Sommergrüne Laubwälder, hellgrün: Boreale
Nadelwaldzone, blauviolett: arktische und alpine Tundra
ARKTISCHE TUNDRA
„tunturi“: finnische Bezeichnung für baumlose Zwergstrauch-Formation
(= Tundra)
Circumpolare Verbreitung der Tundren-Gebiete (Eurasien, N-Amerika).
Riesige Flächen (in Eurasien ca. 3,3 Mio km2). Damit bildet die
arktische Tundra nach den borealen Nadelwäldern die zweitgrößte
Vegetationszone der Erde.
Jahresmittel-Temp. ca. minus 10°C.
Floristisch sehr uniform u. artenarm.
Die wichtigsten Biome (Großlebensräume)
rot: Tropischer Regenwald, gelb: Savanne, hellviolett: Wüsten, braun:
Mediterrane Hartlaubgewächse, dunkelgelb: Grasland, Prärie,
dunkelgrün: Sommergrüne Laubwälder, hellgrün: Boreale
Nadelwaldzone, blauviolett: arktische und alpine Tundra
BOREALE NADELWALDZONE: TAIGA
Geschlossener G
ürtel auf der N
-Halbkugel, im Schnitt 1.000km breit (in
Gürtel
N-Halbkugel,
Sibirien bis 2.000km, in N
-Amerika >1.500km). In Eurasien O
-WN-Amerika
O-WAusdehnung ca. 8.000km.
- global gr
ößtes Waldgebiet mit ca. 20 Mio km2 (= 13%
größtes
des Festlandes)
- ca. 56% Welt
-Nutzholz aus Taiga
Welt-Nutzholz
- 27% aller W
älder der Erde in ehemaliger UdSSR
Wälder
SOMMERGRÜNE LAUBWÄLDER
Zerrissenes Areal; kein geschlossener Gürtel um N-Halbkugel: nur kühlgemässigte ozeanische Kontinentalränder. Europäischer Laubwald von
der atlant. Küste N-Spaniens bis S-Skandinavien (=58°N; Golfstrom). In
USA nur bis 50°N. Im Bereich der Laubwälder liegen Staaten mit großer
Siedlungsdichte und höchster Industrialisierung.
Die wichtigsten Biome (Großlebensräume)
rot: Tropischer Regenwald, gelb: Savanne, hellviolett: Wüsten, braun:
Mediterrane Hartlaubgewächse, dunkelgelb: Grasland, Prärie,
dunkelgrün: Sommergrüne Laubwälder, hellgrün: Boreale
Nadelwaldzone, blauviolett: arktische und alpine Tundra
GRAS-FORMATIONEN
1. Steppen (winterkalt)
a) Osteuropa
b) Zentral-Asien
c) Prärien (USA)
d) Pampas (S-Amerika)
2. Savannen (tropisch)
3. Höhenstufe Gebirge
z.B. alpine Matten, Punas
4. Anthrop. Gras-Formationen a) Wiesen, Weiden
b) anthrop. Steppen
c) anthrop. Savannen
HARTLAUBVEGETATION DER
WINTERREGENGEBIETE
1. Mittelmeergebiet (MMG)
2. Kapland (S
üdafrika)
(Südafrika)
3. Kalifornien
4. Chile
5. S
üdost/Südwest-Australien
Südost/Südwest-Australien
Die wichtigsten Biome (Großlebensräume)
rot: Tropischer Regenwald, gelb: Savanne, hellviolett: Wüsten, braun:
Mediterrane Hartlaubgewächse, dunkelgelb: Grasland, Prärie,
dunkelgrün: Sommergrüne Laubwälder, hellgrün: Boreale
Nadelwaldzone, blauviolett: arktische und alpine Tundra
HALBWÜSTEN UND WÜSTEN
- DIE ARIDEN ZONOBIOME -
IMMERGRÜNER TROPISCHER TIEFLAND-REGENWALD
Regenwald („Hyläa“)
- 40 – 50 m (-70m) hoher, immergrüner trop.
Tiefland-Feuchtwald (0 - 800mNN);
[15 – 20 m hoher Berg-Regenwald (800-2100m);
epiphytenreicher Nebelwald (2100-3200m)].
IMMERGRÜNER TROPISCHER TIEFLAND-REGENWALD
Diversität ! Artenreichstes Ökosystem der Erde
- Regenwälder: 7% der globalen Landfläche beherbergen ca. 60%
aller Tier- u. Pflanzenarten; (Hochrechnungen: 30 Mio Arten, davon
nur 1,75 Mio bekannt).
- >100 Baumarten/ha; aber auch rel. artenarme DipterocarpaceenWälder auf Borneo.
GLOBALE ARTENZAHLEN
Tiere und Pflanzen
bereits beschrieben (1997)
1,7 Mio
“klassische Schätzung” (1980)
2 Mio
heutige Annahme
20 Mio
„Pflanzen“
Angiospermen
Gymnospermen
Farne
270.000 spp
800 spp.
11.000 spp
“Thallophyta"
(inkl. Pilze)
180.000 spp.
Etwa 90% aller Arten sind
tropisch. Innerhalb der nächsten
30 Jahre werden 90% aller Biotope
vernichtet sein. Nicht einmal eine
Bestandsaufnahme wird angefertigt werden können. “RestFaunen und –Floren” (z.B. einzelne Regenwaldbäume) täuschen
Vielfalt vor. Bei gleichbleibenden
Bedingungen werden Ende des
21. Jahrhunderts weltweit 20-50%
der Arten ausgestorben sein.
AUSSTERBERATE PRO TAG 50 – 300 ARTEN !
BIODIVERSITÄT
BIODIVERSITÄT
Begriff für biolog. Vielfalt. Häufig Synonym für Artenreichtum
(= Zahl der Arten in einem Gebiet). Bezieht sich auf Anzahl u.
Mannigfaltigkeit der lebenden Organismen u. ökologischen
Systeme. Der Begriff “Biodiversität” läßt sich auf verschiedenen
hierarchischen Ebenen anwenden: Ökosysteme, vorkommende
Arten, vorhandenes genetisches Material.
geprägt 1986
„von den Genen bis zu
den
Ökosystemen“
Convention on
Biological Diversity (CBD),
Rio de Janeiro 1992
Schutz der Biodiversität
durch
nachhaltige Nutzung
Benefit sharing
Biodiversität = Biologische Vielfalt
© W. Barthlott
Maße für Biodiversität
Zum Beispiel:
Wieviele Arten kommen an einem Ort vor?
Wie selten sind diese Arten?
© W. Barthlott
Ausgewählte Ziele internationaler Naturschutzpolitik
UN Konvention zur Biologischen Vielfalt (2010 targets)
• ‘Protecting areas of particular importance for biodiversity’
• ‘Halt the decline of populations of selected taxonomic groups’
• ‘Effective conservation of at least 10% of each of the world's
ecological regions’
Global Strategy for Plant Conservation (2010 targets)
• ‘Protection of 50% of the most important areas for plant diversity‘
• ‘60% of the world‘s threatened species conserved in situ‘
BIODIVERSITY: GLOBAL SPECIES NUMBERS OF PLANTS
Centers of Diversity
Caucasus
Pamir
Himalaya
Mediterranean
Carribean
China-Indochina
Mesoamerica
W-Ghats
Guayana
Chocó
CameroonGuinea
AndesAndesAmazonia
Diversity Zones:
Species Numbers of
Vascular Plants
per 10,000 km2
< 20
1
20-200
2
200-500
3
500-1000
4
1000-1500
5
1500-2000
6
7
2000-3000
3000-4000
8
9
4000-5000
> 5000
10
E-Africa
Indomalayan
NEAustralia
E-Brazil
Madagascar
Capensis
Barthlott, Kier, Rafiqpoor, Braun, Lauer & Mutke 2003
Papua
SW-Australia
Department of Botany & Geography, University of Bonn
German Aerospace Research Establishment, Cologne
Globale Verteilung der sog. Hotspots (Diversitätsschwerpunkte) (Meyers
et al. 2000) und der Genzentren von Kulturpflanzen (Reid & Miller 1989)
mit Kennzeichnung der wichtigsten Kulturpflanzen
Global change: land use
Increase in human population
Increasing use of natural ressources
Rwanda
Brazil, Atlantic rainforest
Mega-cities in biodiversity hot spots:
human footprint
Rio de Janeiro, Brazil
Ho Chi Minh City, Vietnam
Bogota, Colombia
Yaoundé, Cameroon
The Past: CO2 and temperature rise
360
340
320
300
280
1850
1900
1950
[modified after IPCC 2007]
2000
Carbon Dioxide [ppm]
380
Global Athmospheric CO2
Predicted global temperature changes by 2100
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 2007
TO
PN
EW
S!
„SECRET CLIMATE-REPORT:
We only have 13
years left …
… to rescue
the Earth!“
Changes in species richness per area
Recent
2020
2040
16 - 26% of all species and
64 - 95% of the rare species
may lose their climatically suitable habitats by 2100
species
number
low
2060
high
2080
2100
Flowering plants 300,000 species
MONOCOTYLEDONS
(60,000)
Orchids (2000) Grasses (15,000)
DICOTYLEDONS
Daisies
Cacti
Roses
Teas
Carrots
Bristlecone Pine – Oldest Living Plant
Slow growing-1500 years for 33 Feet
4800 years old tree exists
USA (ARIZONA) , New Mexico &
Colorado
Pinus longaeva
Giant Tree
Giant redwood
Sequoiadendron
giganteum
Family: Taxodiaceae
Order : Coniferales
Class : Coniferopsida
Division: Gymnospermae
California’s giant sequoias
on the western slopes
of Sierra Nevadas at
altitudes 4500’ to 8000’
Rafflesia arnoldi: Named after Sir Thomas Stamford
Raffles (1781- 1826) and Dr. Arnold
90 cm in diameter and weighs 8 Kg
Parasite-growing on roots of various species of Cissus
Dioecious (male and female flowers on different plants
Victoria amazonica
Leaves 6’ diameter with a rim of 5”
Flower: one foot diameter, white initially,
dark pink later
20’
Remains open a day or two
Sinks under water to ripen the seeds
THE SMALLEST KNOWN FLOWERING PLANT
WOLFFIA
A wolffia plant is about 1020
power larger than a water
molecule. The earth is about
1020 power larger than a
wolffia plant.
Wolffia plants also produce
the world's smallest flower.
Two Wolffia angusta plants in
full bloom will fit inside a
small printed letter “o” in a
page of a book
Wolffia arrhiza
FAMILY : LEMNACEAE
ORDER : ARALES
CLASS
: LILIOPSIDA
DIVISION :
MAGNOLIOPHYTA
Nepenthes rajah
Capable of holding 2.5 litres of digestive fluid
Pitcher is Up to 35 cm high and 18 cm wide
Largest pitcher plant
How much biodiversity is necessary for human life?