Der Artenmotor in den Tropen

Sind die Tropen Wiege oder Museum der Artenvielfalt? Beides stimmt, meint eine neue Studie

Seit mehr als 30 Jahren diskutieren Forscher, was der Grund für die tropische Artendichte sein könnte, die sich wie ein roter Faden durch die Evolutionsgeschichte zieht. Jetzt haben Biologen Entstehung, Aussterben und Verbreitung von Arten am Beispiel der zweischaligen Weichtiere über den Zeitraum der vergangenen 11 Millionen Jahre analysiert.

Die Ergebnisse stützen ein „Out-of-the-tropics“-Modell, nach dem Arten bevorzugt in den Tropen entstehen und sich danach zu den Polen hin ausbreiten, ohne in ihrer Heimat auszusterben. In der aktuellen Ausgabe von Science (Vol. 313 vom 6. Oktober 2006) erklären sie, warum die Tropen sowohl Wiege als auch Museum der globalen Artenvielfalt sind.

Roter Faden der Evolution

Es ist frappierend und doch nicht von der Hand zu weisen: Von den Polen zum Äquator nimmt die Artenvielfalt kontinuierlich zu. Obwohl die Tieflandregenwälder nur noch etwa sechs bis sieben Prozent der Landfläche der Erde ausmachen, kommen etwa die Hälfte (bei manchen Spezies sogar mehr) aller heute lebenden Arten dort vor – gleichgültig, ob Wirbeltier, Vogel, Baum, Pilz oder Meeresbewohner. Wissenschaftlich heißt dieses Phänomen latitudinaler oder globaler Diversitätsgradient (engl.: latitudinal diversity gradient, LDG).

Ansammlung von Meeresmollusken aus Panama. Das Bild vermittelt einen Blick auf die Vielfalt der Lebensgemeinschaften am tropischen Meeresboden. (Bild: Susan M. Kidwell, Universität Chicago)

Der Begriff besagt nichts anderes, als dass sich die Artenzahl in Abhängigkeit vom Breitengrad ändert. Der LDG zieht sich durch die Evolutionsgeschichte; das ist seit mehr als 100 Jahren bekannt. Biologen haben alle möglichen Kombinationen von Entstehung, Aussterben und Einwanderung bestimmter Arten zu bestimmten Erdzeiten durchgearbeitet. In den vergangenen 30 Jahren gelangten sie dabei meist zu dem Schluss, dass die Tropen entweder die Wiege der Artenvielfalt darstellt, die ständig neue Arten hervorbringt, oder ein Museum, in dem alte Arten weiter bestehen.

David Jablonski vom Department of Geophysical Sciences der Universität Chicago und seine Kollegen Kaustuv Roy von der University of California in San Diego und James Valentine von der University of California in Berkeley versuchen, dieses Entweder-Oder zu überwinden.

Am Beispiel von fossilierten zweischaligen Mollusken (zweischalige Weichtiere, Bivalvia) und deren gegenwärtigen Vertretern untersuchten sie Entstehung, Aussterben und Immigration dieser Spezies direkt. Ihre Wahl fiel auf diese Gattung, weil sie überall auf der Welt vorkommt, von der Arktis bis in die heißesten tropischen Gebiete, und ihre Abstammungslinien aufgrund zahlreicher Fossilfunde gut rekonstruierbar sind.

Diese Fossilfülle erlaubte es den Forschern, 150 Abstammungslinien weit zurück in die Evolutionsgeschichte zu verfolgen. Treibende Fragestellungen waren: Wo entstand eine Art, wann starb sie aus, wo lebt sie bis heute weiter und wohin hat sie sich verbreitet? Dabei entdeckten sie für den Zeitraum der vergangenen 11 Millionen Jahre in jedem erdgeschichtlichen Zeitabschnitt und unabhängig von den klimatischen Bedingungen ein konsistentes Muster: Während in den Tropen 117 Bivalvia-Arten entstanden, waren es in den höheren Breiten mit 46 Arten weniger als die Hälfte.

Dieser Aufschluss zeigt Muscheln aus dem Miozän (ca. 20 Mio. Jahre) an den Calvert Cliffs an der westlichen Küste der Chesapeake Bay in Maryland. (Bild: Susan M. Kidwell, Universität Chicago)

Ein ähnliches Ergebnis zeigte die Aussterberate: Während 30 rein tropische Muschelarten ausstarben, waren es außertropisch 107 Arten. Etwa 75 Prozent der Spezies, die in den Tropen entstanden, haben sich auch in anderen Klimagebieten niedergelassen. Nur zwei Arten verließen die Tropen vollständig. Zwar muss bei diesen Zahlen berücksichtigt werden, dass es insgesamt weniger tropische Fossilfunde gibt, doch gerade aus diesem Grund halten Jablonski und sein Team die Mengenunterschiede für bedeutungsvoll.

Tropisches Artensterben wird sich global auswirken

Erstmals stützt eine Studie sich auf eine Datenfülle, die es ermöglicht, die Rolle von Aussterben, Entstehung und Verbreitung von Arten direkt zu untersuchen. Und der Schluss der Forscher lautet: „Ich denke, wir haben mit der Vorstellung, dass die Tropen entweder Wiege oder Museum der Biodiversität ist, ein für alle Mal Schluss gemacht“, schreibt Ko-Autor James Valentine. „Beides ist richtig.“ Die Tropen bilden den „Motor der globalen Artenvielfalt“, sie sind der Ort an dem neue Spezies entstehen und bleiben, während sie sich gleichzeitig in den höheren Breiten ausbreiten.

Fossilfund aus dem Pleistozän mit zahlreichen zweischaligen Weichtieren aus der Nähe von Playa Ramada in Chile. Funde wie dieser geben Aufschluss über Vorkommen und Alter von Molluskenarten und ihrer Abstammungslinien. (Bild: Marcelo Rivadeneira, Universität Kalifornien in San Diego)

Die neue Studie unterstreicht aber auch, wie wichtig es ist, die Regenwälder zu schützen. „Das vom Menschen verursachte Artenssterben in den Tropen wird sich auch auf die biologische Vielfalt in den gemäßigten und höheren Breiten auswirken“, schreibt Ko-Autor Kaustuv Roy. „In den kommenden 50 Jahren wird das noch nicht so offensichtlich sein, es handelt sich um eine langfristige Folge.“ Doch mit dem Schwinden der tropischen Regenwälder, so befürchten die Biologen, wird auch die Schlüsselquelle für die Artenvielfalt in den höheren Breiten verloren gehen.

Grundlagenarbeit

Vor mehr als zehn Jahren starteten die drei Forscher ihr Projekt. Mit einer stabilen Klassifizierung aller lebenden und zahlreicher fossilierter zweischaliger Mollusken schufen sie die Ausgangsbasis. Dazu durchkämmten sie zahlreiche Museen in Europa und den USA. Und selbst wenn die Mechanismen hinter dieser enormen evolutionären Aktivität, die von den Tropen bis zu den Polen fließt, weiterhin ein Rätsel bleiben, so glauben die Forscher, wenigstens ein Fundament für weitere Forschungen gelegt zu haben. Das Biologenteam wird das Phänomen des latitudinalen Diversitätsgradienten weiter in der Erdgeschichte zurückverfolgen.

Meeresmollusken zeigen ein breites Spektrum von Körpermerkmalen und Lebensgewohnheiten. Sie sind ein wichtiger Bestandteil der Artenvielfalt in den Ozeanen. (Bild: J. T. Smith, Scripps Institution of Oceanography)

(Katja Seefeldt)