SITAS

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"Die Zukunft kann man am besten voraussagen, wenn man sie selbst gestaltet."
Alan Cay (Informatiker/USA)

Worum geht es in SITAS?

Die biologische Vielfalt, also die Vielfalt der Tier- und Pflanzenarten, ihrer Lebensräume und die genetische Vielfalt, ist zunehmenden Risiken ausgesetzt.

Insgesamt 105.000 Arten stehen auf der "Roten Liste" der Weltnaturschutzunion (IUCN), 28.000 gelten als direkt vom Aussterben bedroht. Ökosysteme mit reicher Vielfalt sind jedoch unsere Lebensgrundlage, denn sie sind auf Dauer stabiler als artenarme Ökosysteme.

Sind wir bei der Frage nach der Zukunft auf Spekulationen angewiesen?

SITAS zeigt, wie in der Wissenschaft mit Unsicherheiten und Risiken umgegangen wird.

SITAS wurde in enger Zusammenarbeit von Wissenschaft und Schule entwickelt.

Was sagt der Wissenschaftler?

Prof. Josef Settele, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

Hier ist die Meinung des Lehrers:

Biologie-Lehrer Herr Dr. Sven Pompe

Die Vielfalt der Insekten geht zurück

Die Analyse von langfristigen Bestandstrends in Deutschland (letzte 50 bis 150 Jahre) von ca. 7.000 Arten aus 24 Insektengruppen zeigt (Ries et al. 2019):

Bei 45% der Arten ist der Bestand rückläufig.

In allen Insektengruppen gibt es mehr Arten mit abnehmendem Trend als mit zunehmendem.

Bei Tagfaltern zeigen 64% der Arten abnehmende Trends.

Kurzfristige Bestandstrends in Deutschland (letzte 10 - 25 Jahre) wurden für ca. 1.500 Insektenarten analysiert (Ries et al. 2019).

Bei 23% der Arten gibt es abnehmende und für 44% gleichbleibende Trends.

Für 30% der Arten ist bisher keine ausreichende Datenbasis vorhanden.

Bei den Ameisen haben 92% der Arten rückläufige Trends

Bei Tagfaltern und Bienen sind es 40% .

Dunkler Wiesenknopf-Ameisenbläuling *P. nausithous*

Analysen des Weltbiodiversitätsrats IPBES (Settele 2019)

Insekten sind die wichtigste Bestäubergruppe

Anzahl, Vielfalt und Gesundheit der Insekten sind bedroht

Ursachen sind Veränderungen der Landnutzung und Landschaftsstruktur, Klimawandel, Umweltverschmutzung, Krankheitserreger, gentechnisch veränderte Pflanzen sowie invasive, gebietsfremde Arten

Handlungsoptionen sind laut IPBES (Settele 2019):

1. Verbesserung der aktuellen Bedingungen

z.B. durch Schaffung von Blühstreifen entlang von Feldern
Förderung bestäuberfreundlicher Praktiken bei Landwirten (z.B. geeignetes Mahdregime)
Verbesserung der Bienenhaltung (z.B. Krankheitsbekämpfung, genetische Vielfalt erhalten).

2. Transformation von Agrarlandschaften

Unterstützung von Anbausystemen, die biologische Vielfalt fördern
Unterstützung von Bio-Anbau
Wiederherstellung naturnaher Lebensräume (auch in Städten)

3. Verbesserung der Beziehung der Gesellschaft zur Natur durch Integration vielfältiger Wissensformen und Werte in Bewirtschaftung und Management.

Unser Beispiel: Schmetterlinge

Kleiner Sonnenröschen-Bläuling *Aricia agestis*

Schmetterlinge stellen die zweitgrößte Gruppe der Insekten dar (nach den Käfern). Es gibt weltweit etwa 200.000 Arten.

Die meisten Falter sind übrigens nachtaktiv: Von 3750 Schmetterlingsarten in Deutschland gehören nur etwa 180 Arten zu den Tagfaltern.

Aber es stellt sich die Frage:

Duerre in Mitteldeutschland 2018 — Dürre in Mitteldeutschland 2018. Ausgetrockneter Teich in Leipzig.

Werden auch in dreißig Jahren noch Zitronenfalter & Co. über unsere Wiesen flattern?
Das ist gar nicht so sicher, denn:

Es gibt erhebliche Risiken!

Infolge von Klimawandel, intensiver Landwirtschaft und Bebauung werden in Europa immer mehr Lebensräume von Tieren und Pflanzen zerstört.

Schmetterlinge sind Indikatoren für die biologische Vielfalt

Viele Arten können leicht erkannt und bestimmt werden.
Ihre Lebenszyklen und Ansprüche sind gut bekannt.
Die Entwicklung vom Ei über das Raupen- und Puppenstadium bis zum fertigen Falter dauert oft nur wenige Monate.
Unter geeigneten Umweltbedingungen (z.B. Nahrung, Wärme) haben viele Arten dann zwei bis drei Generationen pro Jahr.

Schmetterlinge reagieren also schnell auf Veränderungen in ihrer Umwelt.

In ungeeigneten Gebieten sterben sie rasch aus, denn die meisten Falter sind wenig mobil. Ihr Aktionsradius beträgt oft nur wenige Kilometer.
Falls jedoch neue, geeignete Gebiete für sie erreichbar sind, werden sie diese besiedeln.

Schmetterlinge haben manchmal ganz besondere Ansprüche an ihre Umwelt

Manche Falter können zum Beispiel nur dort leben, wo es den Großen Wiesenknopf Sanguisorba officinalis und auch bestimmte Ameisen gibt. Dabei handelt es sich um Ameisenbläulinge (Phengaris).

Dunkler Wiesenknopf-Ameisenbläuling

*Phengaris nausithous*

Heller Wiesenknopf-Ameisenbläuling

*Phengaris teleius*

Das folgende Video zeigt diese "Large Blues".

"Maculinea" - ein Film des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung - UFZ (2005). Teil 1

"Maculinea" - ein Film des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung - UFZ (2005). Teil 2

Ein weiteres Beispiel: Der Kleine Fuchs

Dieser Falter fliegt in warmen Regionen in zwei bis drei Generationen pro Jahr. Er überwintert als Falter an geschützten Orten und ist dann im März oder April wieder zu sehen.

Eier des Kleinen Fuchs — Eigelege des Kleinen Fuchses

Das Weibchen des Kleinen Fuchses legt ab Ende April etwa hundert Eier auf die Blattunterseite von Brennesseln.

Nach wenigen Tagen schlüpfen zahlreiche winzige Raupen. In den folgenden Wochen durchlaufen sie fünf Larvalstadien: Sie werden sich viermal häuten und bis zu 30 Millimeter lang werden. Die ausgewachsenen Raupen des Kleinen Fuchses sind dunkelgrau mit gelben Längsstreifen und vielen verzweigten Dornen.

Die Raupen des Kleinen Fuchses ernähren sich fast ausschließlich von Blättern der Großen und Kleinen Brennnessel.

Verpuppte Raupe — Puppe des Kleinen Fuchses

Nach etwa vier Wochen verpuppen sich die Raupen. Nach weiteren zwei Wochen schlüpft die neue Generation der Falter. Den Winter überdauert der Kleine Fuchs häufig an geschützten Orten wie Kellern oder in natürlichen Verstecken.

Das Klima hat wie bei vielen anderen Arten Einfluss auf die Fortpflanzung. Je wärmer es ist, desto schneller verläuft die Entwicklung. Der Kleine Fuchs Aglais urticae hat daher oft schon drei Generationen im Jahr.

Das Tagfalter-Monitoring Deutschland

Seit 2005 gehen ehrenamtliche Zähler einmal wöchentlich auf ihre Transekte, um Schmetterlinge zu beobachten.

Im Jahr 2017 waren es 331 Teilnehmer, die bundesweit mehr als 224.000 Falter aus 115 Arten zählten.

Insgesamt wurden bisher mehr als 3 Millionen Tagfalter erfasst (www.tagfalter-monitoring.de).

Von den 53 statistisch analysierten Arten zeigten 21 Arten Rückgänge. Besonders deutliche Beispiele sind der Große Perlmutterfalter Argynnis aglaja, der Braunfleckige Perlmutterfalter Boloria selene und der Weißklee-Gelbling Colias hyale, aber auch der Trauermantel Nymphalis antiopa und der Große Kohlweißling Pieris brassicae. Auch beim Dunklen Wiesenknopf-Ameisenbläuling Maculinea nausithous wurde ein negativer Trend festgestellt.

Trend_P. nausithous — Bestandsentwicklung von *P. nausithous*. Aus *Kühn et al. 2018*

Von den 53 analysierten Arten zeigten im Zeitraum von 2006 bis 2017 13 Arten eine Bestandszunahme. Besonders deutlich fällt der positive Trend beim Hufeisenklee-Gelbling Colias alfacariensis und dem Zitronenfalter Gonepteryx rhamni aus. Eine kontinuierliche positive Entwicklung gab es auch beim Schornsteinfeger Aphantopus hyperantus, beim Kleinen Wiesenvögelchen Coenonympha pamphilus und beim Silbergrünen Bläuling Polyommatus coridon. Auch der Admiral Vanessa atalanta zeigt einen zunehmenden Trend (siehe Abbildung).

Trend_Vanessa atalanta — Bestandsentwicklung von *V.atalanta*. Aus *Kühn et al. 2018*

Admiral Vanessa atalanta

Noch unklar ist, wohin die Entwicklung des Aurorafalters geht.

Trend_Aurora — Bestandsentwicklung von *A. cardamines*. Aus *Kühn et al. 2018*

Aurorafalter Anthocharis cardamines

Bei vielen Faltern kann aus den bisher gesammelten Daten noch kein deutlicher Trend erkannt werden. Ihre weitere Entwicklung wird wie bei allen Arten von den Umweltbedingungen in den jeweiligen Gebieten abhängen.

Es wird deutlich, dass die Bewertung des künftigen Status bei vielen Populationen mit großen Unsicherheiten verbunden ist.

Wie lassen sich die Fragen nach zukünftigen Bestandsentwicklungen angesichts der Unsicherheiten beantworten?

Bevor wir in die wissenschaftliche Methodik eintauchen:

Simuliere den Einfluss des Klimawandels auf Tagfalter in Europa.

Gehe folgendermaßen vor:

Wähle einen Falter aus.
Starte die Simulation.
Beobachte, welche Gebiete unter den einzelnen Annahmen (Szenarien) verloren gehen oder neu gewonnen werden.

Schmetterlingstool

Hier kannst du selbst testen, wie sich die Verbreitung von Arten
infolge des Klimawandels ändern kann.

Vanessa atalanta Admiral

GREEN YELLOW RED ERROR

2000

Legende: verbleibende verlorene potenziell neue Areale

Zur Entwicklung des Schmetterlings-Tools

Verbreitung Zitronenfalter — Funde bis 1950 Funde bis 1980 Funde auch nach 1980

Beginnen wir mit dem Zitronenfalter. Die rechte Abbildung zeigt seine Verteilung in Europa (Stand 2000; Kudrna et al. 2011).

Überlege, warum der Zitronenfalter nicht in Nordskandinavien und kaum in Südspanien vorkommt. Klicke auf eine mögliche Antwort.

Leider falsch!

Denk nochmal nach.

Richtig! Das Klima dort ist ungeeignet. Das Klima bestimmt also maßgeblich, wo die Falter leben.

Weitere Beispiele

Himmelblauer Bläuling

*Polyommatus belargus*

Der Hochmoor-Perlmutterfalter bevorzugt kühlere Regionen, während der Himmelblaue Bläuling wärmere Gebiete bewohnt.

Verbreitung Hochmoor-Perlmutterfalter — Hochmoor-Perlmutterfalter

Verbreitung Himmelblauer Bläuling — Himmelblauer Bläuling

Funde bis 1950 Funde bis 1980 Funde auch nach 1980 (Stand 2000)

Quelle: Kudrna et al. 2011

Das Klima verändert sich - wie reagieren die Falter darauf?

Stimmt nicht! Das Klima beeinflusst den Lebensraum. Manche Arten haben nur eine geringe Fähigkeit zur Ausbreitung und können keine neuen Gebiete erreichen.

Die Antwort ist richtig. Es hängt von ihrer Ausbreitungsfähigkeit, aber auch von den Landschaftsstrukturen ab, ob die Falter neue Gebiete besiedeln können.

Stimmt nicht! Das Klima beeinflusst den Lebensraum. Manche Arten haben nur eine geringe Fähigkeit zur Ausbreitung und können keine neuen Gebiete erreichen.

Aber welche Gebiete in Europa werden für die einzelnen Arten in Zukunft noch bewohnbar sein?

Mit anderen Worten:

Wo wird es das geeignete Klima geben?

Entwickeln und Anwenden von Szenarien

Zum Video

Selin, 14 Jahre

Mit Szenarien werden "mögliche Zukünfte" beschrieben. Klicke die einzelnen "Zukünfte" an.

Szenario RED nimmt an, dass die natürlichen Ressourcen in überaus großem Maße ausgebeutet werden; die Gesetze des Marktes dominieren über den Umweltschutz. Es wird ein Anstieg der mittleren Erdtemperatur von 4,1°C bis zum Jahr 2080 erwartet.

Szenario YELLOW geht von regional großen Bemühungen zum Ressourcenschutz, aber insgesamt unzureichendem Umweltschutz aus. Es wird ein mittlerer Temperaturanstieg von 3,1°C bis zum Jahr 2080 erwartet.

Szenario GREEN: Annahme weltweit erfolgreicher Anstrengungen zu nachhaltiger Entwicklung in Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft. Die mittlere Erdtemperatur würde sich daher bis 2080 um maximal 2,4°C erhöhen.

Von den Szenarien zu zukünftigen geografischen Verteilungen der Schmetterlinge und anderer Arten gelangen wir über die Methode der

Modellierung der Klima-Nischen

Aber was heisst eigentlich "Modellierung"?

Zum Video

Milan, 14 Jahre

Klima-Nische des Zitronenfalters - stark vereinfacht

durch Annahme von lediglich zwei Klimafaktoren: Temperatur und Niederschlag.
Die linke Abbildung zeigt die Verbreitungsdaten des Zitronenfalters in den Jahren 1970 bis 2000.
Ihre Werte liegen an allen Fundorten zwischen T1 und T2 bzw. N1 und N2. Damit stellen genau diese Parameterkombinationen unsere stark vereinfachte Klima-Nische dar.
Die geografische Karte (linke Abbildung; Settele et al. 2008) soll zeigen, welche Gebiete dieser hypothetischen Klima-Nische im Jahr 2030 entsprechen würden (bei geringer Klimaveränderung).

Können Wissenschaftler auf der Basis langjähriger Verbreitungsdaten eine eindeutige Antwort auf die Frage nach der künftigen Verbreitung einer Art geben?

Denk noch einmal nach.

Das ist richtig. Eine eindeutige, einzige Antwort kann es nicht geben angesichts vieler Ungewissheiten, z.B. wegen des Klimawandels.

Simulation für das Jahr 2080

Wo könnte der Zitronenfalter im Jahr 2080 vorkommen? Je nach Szenario unterscheiden sich die Antworten (Settele et al. 2008). Manche Gebiete werden nicht mehr geeignet sein, da sie beispielsweise zu warm und zu trocken werden. Der Zitronenfalter könnte neue Gebiete besiedeln, deren Klima sich jetzt für ihn eignet. Voraussetzung ist allerdings, dass er diese Gebiete auch erreicht und dass er dort die entsprechenden Landschaftsstrukturen und Pflanzen vorfindet.

Szenario Grün — Szenario GREEN
Verbleibend

Teil für Fortgeschrittene

Können die Methoden der Szenarien und der Klima-Nischen-Modellierung auch auf andere Arten angewendet werden?

Das ist so nicht richtig. Denk nochmal nach!

Ja, die Methode kann auf andere Tier- und Pflanzenarten übertragen werden. Allerdings müssen die Daten für die entsprechenden Klima-Nischen vorliegen.

Das ist so nicht richtig. Denk nochmal nach!

Andere Artengruppen

Die Erdkröte

Die Erdkröte Bufo bufo scheint gegenüber Klimaveränderungen recht robust zu sein, was ihre weite Verbreitung in Europa zeigt. Allerdings könnte es auch für sie in vielen Gebieten zu heiß und zu trocken werden.

Wie reagieren Bäume auf den Klimawandel?

Das ist nicht richtig. Wähle eine andere Antwort.

Richtig. Arten wie z.B. die Fichte werden durch Hitze und Trockenheit einem großen Stress ausgesetzt. Sie werden dadurch leichte Beute der Borkenkäfer.

Eiche und Rotbuche

Eiche

Quercus robur

Rotbuche

Fagus sylvatica

Eiche und Rotbuche reagieren sehr unterschiedlich auf den Klimawandel. Vergleiche die geografischen Verbreitungen im Jahr 2080 bei Annahme des Szenarios RED.

Verbreitung von Eiche (links) und Rotbuche im Jahr 2080 (Szenario RED)

Verbleibend Verloren Potentiell neu

Was kannst du für Schmetterlinge tun?

1. Augen öffnen für aktuelle Themen

Die Schmetterlinge sind ein Glied im großen Netz der Biodiversität. Damit sind sie untrennbar verbunden mit den Themen unserer Zeit: dem Klimawandel, dem Wandel der Landnutzung, dem Verlust an biologischer Vielfalt.

2. Aktiv mit den Risiken für die Falter auseinandersetzen

Nutzt das Schmetterlingstool gezielt, um Verlierer im Klimawandel zu erkennen:

Hier geht es zum Schmetterlingstool.

3. Pflanzen für die Falter

Für Schmetterlinge kann man bereits im eigenen Garten oder sogar auf dem Balkon etwas tun. Gestaltet euren Balkon oder Garten schmetterlingsfreundlich und bietet ihnen Nektar an.

Nektarpflanzen für Falter sind zum Beispiel:

Disteln
Wiesenflockenblume
Fetthenne
Herbstaster
Lavendel
Phlox
Sommerflieder
Blaukissen
Rotklee
Thymian
Johanniskraut

4. Pflanzen für die Raupen

Will man Falter schützen, muss man natürlich auch an die Raupen denken!

Viele Schmetterlingsraupen - z.B. von Tagpfauenauge, Admiral, Distelfalter und Kleinem Fuchs - ernähren sich von den Blättern der Brennnessel. Wiesenschaumkraut, Wilde Möhre und Hornklee sind Nahrung für die Raupen von Aurorafalter, Schwalbenschwanz und Hauhechelbläuling. Daher sollten wir auch "Unkräuter" im Garten dulden.

Zusammenfassung

SITAS erklärt Methoden, die in wissenschaftlichen Risikoanalysen verwendet werden.

Schwerpunkt ist dabei der Einfluss des Klimawandels auf Lebensräume europäischer Tiere und Pflanzen. Als Beispiel werden die Schmetterlinge betrachtet.
In Zukunftsszenarien werden verschiedene plausible Entwicklungen und ihre Auswirkungen beschrieben und verglichen. Auf einer solchen Basis beruht auch die Auswahl eines optimalen Szenarios wie des 1,5°C-Ziels.
Die Klima-Nischen-Modellierung beruht auf langjährigen Daten zu Klimabedingungen und Fundorten der jeweiligen Arten.
Zur vereinfachten Beschreibung der Klima-Nischen wurden aus einer Vielzahl von Klimaparametern vier Parameter ausgewählt.
Für die einzelnen Szenarien wurden die Klima-Nischen, d.h. die geeigneten Parameterkombinationen, auf die zutreffenden geografischen Gebiete projiziert.
SITAS zeigt, dass besonders für die Szenarien YELLOW und RED mit großen Gebietsverlusten für viele Arten gerechnet werden muss.
Diesen Verlusten können wir auch individuell, auf lokaler Ebene, begegnen, indem wir z.B. den Schmetterlingen geeignete Nahrungspflanzen anbieten.

Literatur

IPBES. 2019. Summary for policymakers of the global assessment report on biodiversity and ecosystem services of the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services. Díaz, S., Settele, J., Brondízio, E., Ngo, H. T., Guèze, M., Agard, J., ... Zayas, C. (eds.) IPBES Secretariat, Bonn, Germany. 56 pages.
Kudrna, O., Harpke, A., Lux, K., Pennerstorfer, J., Schweiger, O., Settele, J., Wiemers, M. 2011. Distribution atlas of butterflies in Europe. Gesellschaft für Schmetterlingschutz, Halle, Germany, 576 S.
Kühn, E., Musche, M., Harpke, A., Wiemers, M., Feldmann, R. Settele, J. 2018. Tagfalter-Monitoring Deutschland - Jahresauswertung 2017. Oedippus 35:5-36.
Wiemers, M., Harpke, A., Schweiger, O. & Settele, J. LepiDiv database (Helmholtz Centre for Environmental Research-UFZ & Gesellschaft für Schmetterlingsschutz (GfS) (2015) http://www.ufz.de/lepidiv.
Pompe, S., Hanspach, J., Badeck, F., Klotz, S., Thuiller, W., Kühn, I. 2008. Climate and land use change impacts on plant distributions in Germany. Biol. Lett. 4: 564 – 567.
Ries, M., Reinhardt, T., Nigmann, U., Balzer, S. 2019. Natur und Landschaft 94(6/7):236-244.
Settele, J., Kudrna, O., Harpke, A., Kühn, I., Swaay, C. van, Verovnik, R., Warren, M., Wiemers, M., Hanspach, J., Hickler, T., Kühn, E., Halder, I. van, Veling, K., Vliegenthart, A., Wynhoff, I., & Schweiger, O. 2008. Climatic risk atlas of European butterflies. Biorisk 1: 1-710.
Settele, J.2019. Bericht: Bestandsentwicklungen und Schutz von Insekten. Analysen und Aussagen des Weltbiodiversitätsrats (IPBES). 2019. Natur und Landschaft 94(6/7):299-303.
Spangenberg, J., Bondeau, A., Carter, T., Fronzek, S., Jaeger, J., Jylha, K. Kühn, I...Scenarios for investigating risks to biodiversity. 2012. Global Ecol. Biogeogr. 21: 5–18
Ulbrich, K., Schweiger, O., Klotz, S., Settele, J. 2015. Biodiversity impacts of climate change – the PRONAS software as educational tool. Web Ecol., 15, 49–58, 2015.

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Darkone/Wikimedia (S.52)
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