Was macht eine Pflanze selten oder reichlich vorhanden? Heo und seine Kollegen haben ein faszinierendes Thema im Visier – den Hart's Tongue Farn (HTF)-Komplex. Diese Forschung, veröffentlicht in der Annals of Botany, wirft neues Licht auf wie globale Klima- und Landnutzungsänderungen die Häufigkeit und Verbreitung dieses Farnkomplexes beeinflussen, die fünf geografisch getrennte Arten umfasst. Ihre Ergebnisse dienen als Modell für das Verständnis ähnlicher Dynamiken in anderen Pflanzenarten und Ökosystemen.

Der Hartzungenfarn, wissenschaftlich bekannt als Asplenium scolopendriumist aufgrund seiner einzigartigen Blattstruktur eine besondere Farnart. Im Gegensatz zu vielen Farnen mit komplexen, geteilten Blättern hat der Hirschzungenfarn einfache, ungeteilte Blätter, die lang und flach sind und wie die Zunge eines Hirsches oder Hirsches aussehen sollen.

Hartzungenfarn ist kommt hauptsächlich in Regionen mit gemäßigtem Klima vor, wie Europa, aber auch in bestimmten Gebieten in Nordamerika, Ostasien und Neuseeland. Er bevorzugt feuchte, schattige Lebensräume und wächst oft auf kalkhaltigen Böden, wie sie in Schluchten, Schluchten oder Felsvorsprüngen zu finden sind.

Aus wissenschaftlicher Sicht ist der Hartzungenfarn interessant, da es sich um einen Farn handelt Komplex, was bedeutet, dass es verschiedene umfasst eng verwandte Arten Dies kann Einblicke in die Evolutionsbiologie, die Artenanpassung und die Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität liefern.

Außerdem verfügt der Hirschzungenfarn über eine relativ schmale ökologische Nische, wodurch er empfindlicher auf Umweltveränderungen reagiert. Diese Besonderheit bedeutet, dass er als „Indikatorart“ dienen kann, was bedeutet, dass die Gesundheit und Häufigkeit dieses Farns Wissenschaftlern wertvolle Hinweise auf die allgemeine Gesundheit der Ökosysteme geben kann, in denen er lebt. In ihrem Artikel schreiben Heo und Kollegen:

Farne, die oft als Bioindikatoren gelten, reagieren besonders empfindlich auf Umweltbedingungen. Für mehrere Farnarten wurden klare Korrelationen zwischen der lokalen Häufigkeit und den klimatischen Bedingungen festgestellt (Kessler et al., 2011.; Pouteau et al., 2016.; de Gasper et al., 2021.; Bonari et al., 2022.), und ihre Anfälligkeit gegenüber anthropogenen Bedrohungen ist ebenfalls allgemein anerkannt (Richter et al., 2011.; Marini et al., 2011.; Brummitt et al., 2016.). Dennoch deutete die räumliche Heterogenität der lokalen Häufigkeit im HTF-Komplex auf eine mögliche Rolle regionaler oder lokaler Faktoren in ihren Häufigkeitsmustern hin. Hierarchische Systeme von Umweltkontrollen bestimmen wahrscheinlich Abundanzmuster, so dass Klima- und Landnutzungsdynamik global wirken, aber durch Determinanten auf regionaler bis lokaler Ebene wie Topographie, Geologie und Mikroklima moduliert werden, die auf immer feineren Skalen wirken (Howard, 2015).

Heo et al. 2023

Es ist dieses Zusammenspiel zwischen globalen und lokalen Faktoren, das Heo und seine Kollegen verstehen wollten. Um sich damit auseinanderzusetzen, verwendeten sie einen Ansatz wie die Betrachtung einer Weltkarte, die in ein Raster unterteilt ist, wobei jede Zelle 100 km mal 100 km groß ist, um die Verbreitung und Häufigkeit dieser Pflanzenart in jeder Region zu verstehen.

Die Forscher sammelten Daten über die Anzahl der Farnpopulationen in jeder Gitterzelle. Anschließend nutzten sie Informationen über die Umwelt wie Klima, Bodenbeschaffenheit, Landschaft und menschliche Einflüsse, um zu untersuchen, welche Auswirkungen darauf haben könnten, wo und wie dicht diese Farne vorkommen.

Ein Teil der Studie befasste sich auch damit, zu verstehen, wie sich Umweltveränderungen (wie der Klimawandel) darauf auswirken könnten, wo diese Pflanzen wachsen könnten. Sie verwendeten ausgefeilte Computermodelle, um vergangene und zukünftige Klimabedingungen zu simulieren und zu verstehen, wie sich die geeigneten Lebensräume der Pflanzen verändert haben könnten. Sie kombinierten diese Informationen mit einer Untersuchung der Erhaltungsbemühungen. Sie berechneten, wie viel von jeder Region innerhalb von Schutzgebieten lag, und nutzten dies als Näherungswert, um die Auswirkungen der vom Menschen verursachten Veränderungen auf die Pflanzenverbreitung abzuschätzen.

Heo und Kollegen erstellten eine Fallstudie über die Farnpopulationen in den USA. Dabei analysierten die Forscher über ein Jahrhundert gesammelte Langzeitdaten, um herauszufinden, wie sich die Zahl der Farne im Laufe der Zeit verändert hat und ob dies mit dem Klimawandel oder menschlichen Aktivitäten zusammenhängen könnte.

Um zu verstehen, wie diese verschiedenen Faktoren die Häufigkeit von Farnen in einer Region beeinflussen könnten, verwendeten die Forscher ein statistisches Modell namens „Boosted Regression Tree“. Es kann mit komplexen Beziehungen zwischen Faktoren umgehen und ist gut im Umgang mit verrauschten Daten.

Heo und seine Kollegen suchten nicht nur nach einem Verlust des Lebensraums. Sie suchten auch nach „Hot Spots“ – Gebieten, in denen diese Pflanzen besonders häufig vorkommen, da sie für das Überleben der Art wichtig sein könnten.

Die Forschungsergebnisse verdeutlichen, dass der Hirschzungenfarn-Komplex bestimmte bioklimatische Bedingungen bevorzugt und am häufigsten in gemäßigten Laub- und Mischwäldern vorkommt, die über Regionen der nördlichen Hemisphäre verstreut sind. Die ungleichmäßige Verteilung dieser Lebensräume erklärt das verstreute globale Häufigkeitsmuster von Hartzungenfarnen.

Die Forschung ergab auch, dass der Klimawandel zu einer Verschiebung der Häufigkeitsmuster des Hartzungenfarns führt, wobei die Populationen in den Tropen zurückgehen und die Populationen in höheren Breiten seit dem letzten glazialen Maximum vor etwa 21,000 Jahren zunehmen. Der Entfernungsabfalleffekt deutet darauf hin, dass Populationen in niedrigeren Breiten einem stärkeren Aussterbedruck ausgesetzt sind, was die Seltenheit zweier südlicher Taxa erklärt.

Ein weiterer wichtiger globaler Treiber sind Landnutzungsänderungen aufgrund anthropogener Bedrohungen. Diese Auswirkungen variieren jedoch regional, was wahrscheinlich auf den unterschiedlichen Grad des Lebensraumschutzes zurückzuführen ist. Ostasiatische Hartzungenfarne kommen hauptsächlich in stark geschützten Regionen vor, was darauf hindeutet, dass weniger geschützte Gebiete aufgrund der intensiven Landnutzung lokal vom Aussterben bedroht sind.

Regionale Faktoren spielen auch eine entscheidende Rolle bei den Häufigkeitsmustern des Hartzungenfarns. Beispielsweise ist in Europa die Niederschlagssaisonalität der primäre Bestimmungsfaktor für Häufigkeitsmuster, wohingegen in Ostasien die räumliche Heterogenität der Niederschläge, die Temperatur und die Geländerauheit einen wesentlichen Einfluss haben.

Die Studie stellte auch Trends in den letzten 100 Jahren fest, die eine Verschiebung der Hartzungenfarn-Populationen in den USA nach Norden zeigten, mit Zunahmen im Norden und Rückgängen im Süden. Interessanterweise zeigten Populationen, die unter dem Schutz von Naturschutzbehörden standen, im Vergleich zu ungeschützten Populationen auf demselben Breitengrad steigende Trends.

Der Artikel beleuchtet, wie der Klimawandel die idealen Lebensräume für diese Farne von den Tropen weg in höhere Breiten verschiebt – Gebiete, die weiter vom Äquator entfernt sind. Das bedeutet, dass sich mit dem Klimawandel auf der Erde auch die Orte ändern, an denen diese Farne normalerweise wachsen und gedeihen könnten, was möglicherweise Auswirkungen auf das zukünftige Überleben der Art haben könnte.

Menschliche Aktivitäten spielen ebenfalls eine wichtige Rolle, insbesondere in Schutzgebieten, in denen menschliche Aktivitäten zum Schutz der Tierwelt begrenzt sind. Nordamerika hatte den höchsten Anteil an Farnpopulationen, die einem geringen Schutzniveau ausgesetzt waren, während Ostasien den höchsten Anteil in stark geschützten Gebieten aufwies. Alle Farnpopulationen in Neuseeland stehen unter Zwischenschutz.

Die Forschung betont die Komplexität der Faktoren, die die Verbreitung und das Überleben von Arten wie Hartzungenfarnen beeinflussen. Es zeigt, dass beides Klimawandel und menschliche Aktivitäten können erhebliche Auswirkungen auf diese Pflanzen haben, was auf die Bedeutung von Schutzmaßnahmen und einer sorgfältigen Landbewirtschaftung für den Erhalt der Artenvielfalt hinweist.

Die Ergebnisse sind nicht nur für die untersuchten Farnarten wichtig, sondern möglicherweise auch für andere Pflanzenarten, da viele in ähnlicher Weise von Klimabedingungen und menschlichen Aktivitäten beeinflusst werden. Wie die Studie jedoch hervorhebt, können die genauen Auswirkungen je nach den spezifischen Umweltfaktoren des jeweiligen Standorts stark variieren. Dies bestärkt die Idee, dass es keinen einheitlichen Ansatz für den Naturschutz gibt – Strategien müssen mit einem genauen Verständnis der einzelnen Regionen und der einzigartigen Eigenschaften und Bedürfnisse der Arten entwickelt werden.

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Heo, N., Leopold, DJ, Lomolino, MV, Yun, S. und Fernando, DD (2023) „Global and regional drivers of abundance patterns in the hart’s tongue fern complex (Aspleniaceae)" Annals of Botany, 131(5), S. 737–750. Verfügbar um: https://doi.org/10.1093/aob/mcac129.