Wildbienen am Kilimandscharo auf der Spur

Spätestens seit den detaillierten Reiseberichten Alexander von Humboldts (1769-1859) ist bekannt, dass der Artenreichtum auf der Erde nicht gleichmäßig verteilt ist. Während sich in tropischen Regenwäldern meist mehrere tausend Arten auf wenigen Quadratmetern tummeln, sind die Artenzahlen in den gemäßigten Klimazonen schon überschaubarer. Zu den Polen hin nehmen sie dann immer mehr ab.

Warum sind die Tropen so artenreich und die Pole nur so dünn besiedelt? Die Wissenschaft hat diese Frage nie vollständig geklärt. Um ihr weiter auf den Grund zu gehen, forscht ein Team vom Biozentrum der Universität Würzburg in Tansania am Kilimandscharo, dem höchsten freistehenden Berg der Erde (5895 Meter).

Was den Kilimandscharo für die Forschung interessant macht

Was hat der Kilimandscharo mit der Artenvielfalt in unseren Breitengraden zu tun? „Eine ganze Menge“, sagt Professor Ingolf Steffan-Dewenter, Leiter des Würzburger Lehrstuhls für Tierökologie und Tropenbiologie: „Wenn man einen Berg hinaufsteigt, fällt die Temperatur pro Höhenkilometer um circa sechs Grad Celsius – das ist rund tausend Mal schneller, als wenn man sich vom Äquator in Richtung der Pole bewegt.“

Auch andere Umweltfaktoren, die sich entlang der Breitengrade nur langsam verändern, variieren entlang von Höhenunterschieden relativ schnell – zum Beispiel die Produktivität von Ökosystemen. Damit sind hohe Berge regelrechte „Experimentierwerkstätten“. An ihnen lassen sich Faktoren, die den Artenreichtum in den globalen Klimazonen bestimmen, auf kleinem Raum studieren.

Wie der Artenreichtum von Wildbienen bestimmt wird

Die Würzburger Tropenforscher wollten wissen, welche Faktoren den Artenreichtum von Wildbienen beeinflussen. Warum gerade Wildbienen? „Wildbienen gehören zu den wichtigsten Bestäubern unserer Ökosysteme. In den Tropen treten sie mit einer Diversität auf, die für uns noch handhabbar ist. Und ihre Futterressourcen, Nektar und Pollen, sind im Vergleich zu denen anderer Insekten relativ klar definiert. Das macht Wildbienen zu tollen Studienorganismen“, so Bienenkenner Steffan-Dewenter.

Um den Artenreichtum von Bienen am Kilimandscharo zu erfassen, nutzten die Forscher einfache Suppenschälchen aus Plastik. Sie sprühten sie mit blauen, gelben oder weißen Farben an, die das UV-Licht reflektieren. Die Bienen denken dann, das Schälchen sei eine Blüte, und fliegen direkt in die mit Wasser und Seife gefüllte Falle hinein. Die Seife setzt die Oberflächenspannung des Wassers herunter, so dass die Insekten auf den Grund der Falle sinken.

„Wenn man in den Tropen arbeitet, sind die einfachen Methoden oft die Besten“, erklärt Afrikaspezialist Andreas Hemp von der Universität Bayreuth. „Teures Equipment muss aufwändig bewacht werden. Farbschalen dagegen locken vielleicht höchstens ein paar neugierige Schulkinder auf die Untersuchungsflächen.“

Wo die Forscher ihre Insektenfallen platzierten

Die Wissenschaftler installierten die Farbschalen im Lauf von zwei Jahren dreimal auf je 60 Untersuchungsflächen am Kilimandscharo. Die Hälfte der Flächen war nur über teils lange Fußmärsche zu erreichen. Die höchste lag 4550 Meter über dem Meeresspiegel, genau an der Vegetationsgrenze des Kilimandscharo.

„Da geht einem schon mal die Luft aus“, erinnert sich Doktorandin Alice Claßen. „zudem liegt die Jahresmitteltemperatur dort oben bei nur etwa drei Grad Celsius. Am anstrengendsten war es während der Trockenzeit. Da mussten wir zum Teil auch das Wasser für die Fallen den Berg hinauf tragen. Das geht nur im Team und mit der Hilfe von tollen Feldassistenten“.
Die Farbschalen blieben jeweils 48 Stunden lang stehen. Diese Zeit nutzten die Forscher, um auf den Untersuchungsflächen am Berg wichtige Informationen über Temperatur, Niederschlag, Blütenanzahl und Landnutzungsintensität zu sammeln.

Was die Wissenschaftler herausfanden

Die Mühe hat sich gelohnt: Am Ende konnte das Forschungsteam zeigen, dass der Artenreichtum von Bienen stetig mit der Höhe abnimmt. Eine große Überraschung war, dass selbst auf 4550 Metern Höhe noch eine stark angepasste Bienenart aus der Gattung der Furchenbienen (Lasioglossum, Halictidae) lebt.

Was den Artenreichtum selbst angeht, so wusste man bisher, dass er von Ressourcen und Temperatur kontrolliert wird. „Das mit den Ressourcen lässt sich gut mit einem Kuchen vergleichen“, erklärt der Würzburger Postdoc Marcell Peters: „Je größer der Kuchen, desto mehr Individuen können davon essen und desto größere Populationen können aufrechterhalten werden. Je größer die Populationen, desto geringer ihr Aussterberisiko“.

Bei der Temperatur sei die Sache dann schon etwas komplizierter. Hohe Temperaturen wie in den Tropen sorgen dafür, dass Artbildungsprozesse – etwa über erhöhte Mutationsraten oder ökologische Mechanismen – schneller ablaufen. Weil der Kilimandscharo aber geologisch noch sehr jung ist, können höhere Artbildungsraten dort nicht das komplette Muster der Artenvielfalt erklären.

Wie die Ressourcennutzung von der Temperatur abhängt

Tatsächlich konnten die Forscher zeigen, dass es die Kombination von Temperatur und Ressourcen ist, die eine wichtige Rolle spielt: „Wir fanden einen deutlichen Effekt der Temperatur auf den Artenreichtum, der über eine Vergrößerung der Populationen gesteuert wurde“, so Peters. „Außerdem konnten wir zeigen, dass Bienen bei niedrigen Temperaturen weniger Blüten anfliegen als bei hohen Temperaturen, selbst wenn die Blüten in Massen vorhanden sind. Die Temperatur scheint also die Zugänglichkeit der Ressourcen zu kontrollieren und spielt damit eine viel größere Rolle als die Ressourcenverfügbarkeit.“ Erstaunlicherweise sei dieser Mechanismus bei der Erklärung von Artenmustern bisher wenig berücksichtigt worden.
Was für Wildbienen gilt, sollte zumindest auch für andere wechselwarme Tiere gelten. Aber auch der Artenreichtum gleichwarmer Tiere, die sich häufig von wechselwarmen Tieren ernähren, könnte durch die temperatur-abhängige Ressourcennutzung gesteuert werden. Die Frage, welche Mechanismen den Artenreichtum auf der Erde nun kontrollieren, ist damit zwar nach wie vor nicht vollständig gelöst. Aber zumindest konnte ein neues Puzzleteil ins große Gesamtbild eingefügt werden.

Diese Forschungsergebnisse sind im Rahmen der Forschergruppe „Kilimanjaro ecosystems under global change“ entstanden. Finanziell gefördert wird die Gruppe von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG); Professor Ingolf Steffan-Dewenter ist ihr Sprecher.

Classen, A., Peters, M. K., Kindeketa, W. J., Appelhans, T., Eardley, C. D., Gikungu, M. W., Hemp, A., Nauss, T. and Steffan-Dewenter, I. (2015), Temperature versus resource constraints: which factors determine bee diversity on Mount Kilimanjaro, Tanzania? Global Ecology and Biogeography. doi:10.1111/geb.12286, online publiziert am 19. Januar 2015

Kontakt

Alice Claßen, Lehrstuhl für Tierökologie und Tropenbiologie (Zoologie III), Universität Würzburg, T (0931) 31-82793, alice.classen@uni-wuerzburg.de
Prof. Dr. Ingolf Steffan-Dewenter, Lehrstuhl für Tierökologie und Tropenbiologie (Zoologie III), Universität Würzburg, T (0931) 31-86947, ingolf.steffan-dewenter@uni-wuerzburg.de

Zur Homepage der DFG-Forschergruppe „Kilimanjaro ecosystems under global change“

Von: Robert Emmerich