Die digitale Botanik verändert die Möglichkeiten, die uns die alten Sammlungen bieten. Herbarbelege, die einst hauptsächlich für Taxonomie und Identifizierung genutzt wurden, helfen Forschern heute, Evolution, Artenverbreitung, Umweltveränderungen und Naturschutzprioritäten auf globaler Ebene zu untersuchen.

Um diesen Wandel zu untersuchen, führte Botany One Interviews. Dr. Barnabas Daru, Assistenzprofessor für Biologie an der Stanford University in KalifornienEr studierte Botanik in Johannesburg und war Postdoktorand an der Harvard University, wo er neue Anwendungsmöglichkeiten von Herbarbelegen für das Verständnis der Pflanzenökologie und -evolution im Anthropozän erforschte. In seiner aktuellen Forschung untersucht Daru die Rolle der Phylogenie für das Verständnis der Verbreitung von Arten, den Erhalt einzigartiger Lebensgemeinschaften und die Erforschung sich verändernder Verbreitungsmuster im Anthropozän. Dieses Interview wurde aus Gründen der Klarheit und Kürze bearbeitet.

Was hat Ihr Interesse an Pflanzen geweckt?

Ich hatte nie vor, Botanik zu studieren. Es hat sich eher zufällig ergeben. Ich war auf einem Feldkurs, einer Exkursion der Tropical Biology Association in Uganda, an einem Ort namens Kibale NationalparkDie Idee dahinter war, jungen Studierenden oder solchen kurz vor dem Abschluss ihres Bachelorstudiums praktische Erfahrungen zu ermöglichen und ihnen die Chance zu geben, etwas Neues auszuprobieren. Ich selbst habe Zoologie studiert und mich hauptsächlich mit Insekten beschäftigt, daher wollte ich etwas machen, das sich etwas von meinem Fachgebiet unterschied. Wir verbrachten einen ganzen Monat im Gelände, forschten und wurden von verschiedenen Professoren unterrichtet. Ich experimentierte mit Bestäubern, die eine invasive Pflanzenart besuchten. Lantana CamaraUnd so begann ich, einfach nur da zu sitzen und all die Bienen, Schmetterlinge und Fliegen zu beobachten, die die Pflanze auf so vielfältige Weise besuchten, insbesondere im Vergleich zu anderen einheimischen Pflanzen. Das weckte mein Interesse daran, wie viel eine Art zur Nahrungsversorgung dieser Tiere beiträgt. Daraufhin wollte ich mehr über Botanik erfahren und absolvierte schließlich meinen Master und meine Promotion in diesem Fach.

Was hat Sie motiviert, Ihrem aktuellen Forschungsgebiet nachzugehen?

Meine Promotion war in der angewandten Botanik, Biogeographie und Evolutionsbiologie tätig und konzentrierte sich auf Methoden und Techniken mit einem stärkeren Fokus auf Biogeographie, Evolution und Ökologie. Anschließend ergab sich die Möglichkeit einer Postdoktorandenstelle bei Herbarium der Harvard-UniversitätDer Fokus sollte auf der Nutzung von Sammlungen für Ökologie und Evolutionsbiologie liegen. Ich schlug drei Ziele vor: die Untersuchung von Aussterberisiken, die Erforschung mikrobieller Wechselwirkungen mit Pflanzen und schließlich die Untersuchung des Verhaltens von Mikroorganismen. Verzerrungen von HerbariumdatenAls ich meine Professur antrat, musste ich herausfinden, woran die Mitarbeiter in meinem Labor forschen und welche Fragestellungen sie bearbeiten würden. Das veranlasste mich, einige Artikel zu verfassen und anschließend ein Projekt zu starten, das sich mit … befasste. Herbariumdaten von Seegräsern zum BeispielDann wechselte ich schließlich zu meiner neuen Rolle hier, einer Dozentenstelle in Stanford, wo ich schließlich einige Übersichtsartikel über mein Bestreben verfasste, wirklich zu verstehen, was in diesem Bereich [der optimalen Nutzung von Herbariumdaten] vor sich geht.

Was gefällt Ihnen am besten an der Arbeit mit botanischen Sammlungen/Herbariumsammlungen?

Ich glaube, es ist einfach die Möglichkeit, wieder [in die Natur] zurückzukehren. Für mich bedeutet es, die Wege nachzuverfolgen, wo die Pflanzen gesammelt wurden, und sie dann selbst zu sammeln. Allein schon die Vorstellung, dass an diesem Ort, an dem ich stehe, vielleicht schon vor 100 Jahren jemand gestanden und dieselbe Pflanze gesammelt hat. Und auch die Gewissheit, dass irgendwann in der Zukunft, in 100 oder 200 Jahren, ein Student hier stehen und dasselbe sagen wird. Die Arbeit mit diesen Sammlungen hat mir geholfen zu verstehen, dass es darum geht, Teil der Geschichte zu sein und zu erkennen, dass hinter jedem Exemplar eine Geschichte steckt, wenn man es genau betrachtet. Denn jedes Exemplar ist nicht nur ein Datenpunkt. Allein die Möglichkeit, in die Natur zurückzukehren, hilft mir sehr zu erkennen, dass diese gesammelten Exemplare viel mehr Informationen enthalten als bloße Datenpunkte und dass das Sammeln der Pflanzen sehr viel Mühe erfordert. 

Was können uns Herbariumdaten über den globalen Wandel der Biodiversität verraten?

Wir verwenden Herbariumdaten zum Verständnis ökologischer Interaktionen und um Veränderungen im Laufe der Zeit zu verstehen. Wir können Herbariumdaten als eine Art Langzeitbeobachtungsexperiment nutzen, um zu untersuchen, was im Kontext von Pflanzengemeinschaften vor sich geht. Beispielsweise lässt sich die Populationsdynamik leicht verfolgen – das Standardmodell des ökologischen logistischen Wachstums testet beispielsweise, ob eine Art die Populationsgröße erreicht. Tragfähigkeit unter bestimmten Bedingungen oder auch nicht. Das ist etwas, was man anhand von Herbariumdaten sehr gut nachvollziehen kann. 

Obwohl Herbariumdaten Mängel aufweisen (z. B. Stichprobenverzerrungen), ermöglicht deren Korrektur und entsprechende Anpassung sogar die Bestimmung der Ausbreitungsrichtung – also wohin sich die Pflanzen bewegen. Wir können ihre bevorzugten ökologischen Nischen untersuchen und feststellen, ob sich ihre Verbreitung nach Norden oder Süden, Osten oder Westen verschiebt oder ob sie in höhere Lagen vordringen.

Herbariumdaten können uns auch helfen, [zu verstehen] Funktionelle BiogeographieDie funktionelle Biogeographie ist ein aufstrebendes Forschungsgebiet, dessen Idee auf der funktionellen Diversität basiert. Diese beschreibt, wie man anhand der Merkmale von Organismen deren Unterschiede verstehen kann. Der Kontext von Biogeographie Ziel ist es, zu verstehen, wie die funktionellen Merkmale von Pflanzen räumlich und zeitlich verteilt sind. Herbariumdaten könnten dabei sehr hilfreich sein. 

Die Art und Weise, wie Herbariumdaten ursprünglich gesammelt oder konzipiert wurden, diente der klassischen Taxonomie und Systematik, und heute werden sie auf neue Weise genutzt. Im Kontext der Systematik und Taxonomie ist jedoch eine wichtige Voraussetzung für das Sammeln und Eintragen eines Herbarbelegs in ein Herbarium, dass dieser bestimmte Merkmale aufweist, die seine Identifizierung ermöglichen. 

Zu den wichtigsten Merkmalen gehört, dass die Pflanze, wenn möglich, ein Blatt, eine Blüte und eine Frucht tragen muss. Dies sind bereits funktionelle Merkmale. Neuere Methoden, wie beispielsweise Computer-Vision-Modelle, könnten diese Merkmale daher leichter extrahieren. Einer meiner Studenten im Labor verwendet diesen Ansatz. um Pflanzen in der Arktis zu untersuchenDie Art und Weise, wie Pflanzen auf ihre Umwelt reagieren, spiegelt sich in ihren Merkmalen wider, denn diese Merkmale sind es, die ihre Funktionsfähigkeit bestimmen. [...]

Als wir in Alaska und Teilen von Nunavut im Norden Kanadas unterwegs waren, waren die Sommertemperaturen dort ähnlich wie in Kalifornien, etwa 70 °C. Die Frage ist also: Wenn sich die Dinge auch in der Arktis verändern, wie können wir das testen? 

Wir haben die Wege nachverfolgt, auf denen vor 100 Jahren Herbarbelege gesammelt wurden, und die Blattflächen sowie andere Merkmale gemessen. Diese verglichen wir mit den Werten von vor 5, 10 und 100 Jahren, um festzustellen, ob sich etwas verändert hat. Wir testeten dies in verschiedenen Breitengraden und beobachteten, dass die Blattgröße mit abnehmendem Breitengrad zunimmt, selbst bei derselben Pflanze, und dass sich auch die Blattränder verändern. Herbarbelege sind eine hervorragende Datenquelle, um diese Informationen zu gewinnen.

Schließlich können wir Herbariumdaten nutzen, um die Naturschutzbiogeographie besser zu verstehen. Ein Ansatzpunkt ist die Abschwächung des Biodiversitätswandels. Wir können uns drei mögliche Zukunftsszenarien vorstellen: Wenn wir so weitermachen wie bisher, bewegen wir uns auf eine Zukunft zu, in der nur noch wenige weit verbreitete Arten existieren und sehr markante Arten verschwinden. 

Aber wenn wir uns anpassen und zumindest einige Veränderungen vornehmen, könnte die Zukunft für manche Arten etwas besser aussehen als im schlimmsten Fall. Und dann gibt es noch den besten Fall: Wenn wir wirklich clevere Veränderungen umsetzen, kann sich die Kurve vielleicht sogar nach oben verschieben. 

Herbariumdaten können uns sehr helfen, solche Probleme anzugehen, beispielsweise wie wir den Verlust der Artenvielfalt eindämmen können. Es gibt aber auch einen gegenteiligen Aspekt: ​​den scheinbaren Zuwachs an Artenvielfalt, der jedoch durch invasive Arten negativ bedingt ist. Invasive Arten dringen in eine Landschaft ein; oft scheinen sie die dortige Flora und Fauna zu bereichern, doch tatsächlich führen sie nur zu einer Homogenisierung. Sie machen die Lebensgemeinschaften einander ähnlicher. Auch hier können wir die Ausbreitung invasiver Arten auf verschiedene Weise eindämmen – durch ein aktives Management dieser Arten. Es gibt außerdem ein Worst-Case-, ein Mittelweg- und ein Best-Case-Szenario.

Gibt es bestimmte Pflanzen oder Arten, die Ihr Interesse geweckt oder Ihre Forschung inspiriert haben?

Ich beschäftige mich gerne mit Biogeographie, aber zunehmend haben auch bestimmte Arten mein Interesse geweckt. Seegräser sind ein Beispiel dafür. Entlang der Küsten Kaliforniens gibt es vier Arten, darunter Yachthafen von Zostera, Zwei Phyllospadix Arten, und dann gibt es noch Ruppia maritimeIch mag alle vier, und wir waren draußen auf dem Feld, um sie zu sammeln. Ich habe sogar ein Lied über Seegräser geschrieben. Der kalifornische Mohn ist auch sehr interessant für mich, weil er die Staatsblume Kaliforniens ist und nur dort vorkommt. Das sind also meine Lieblingspflanzen. Und wir haben auch ein Pflanzenlied. Es heißt „Meine Pflanze“. 

Könnten Sie ein Erlebnis oder eine Anekdote aus Ihrer Arbeit erzählen, die Ihre Karriere geprägt und Ihre Faszination für Pflanzen bestätigt hat?

Einer unserer Feldstandorte war Iqaluit in Nunavut, Kanada. Wir flogen nach Montreal und stiegen dort um, um weiter nach Norden nach Kuujjuaq zu fliegen. Die Flugzeuge wurden immer kleiner. Von Kuujjuaq flogen wir mit einem noch kleineren Propellerflugzeug weiter – eine Premiere für mich. Nach der Landung in Iqaluit änderte sich alles; es war eine völlig neue Welt. Wir kamen auch mit den Inuit von Iqaluit in Kontakt. An manchen Orten, an denen wir Pflanzenproben sammeln wollten, konnten wir nicht hin, da sich dort eine indigene Begräbnisstätte befand. Wir mussten daher äußerst respektvoll und achtsam vorgehen. An einer Stelle sahen wir sogar einen Bären aus der Ferne. Nachdem wir die Proben zurückgebracht und im Herbarium präpariert hatten, betrachte ich sie immer wieder und habe noch immer das Bild vor Augen, was passiert ist, wie es zu all diesen Sammlungen kam. Das ist mein liebster Teil. 

Welchen Rat würden Sie jungen Wissenschaftlern oder Studenten geben, die eine Karriere in der Pflanzenbiologie/Ökologie anstreben?

Ich finde es total spannend! Es geht darum, die Möglichkeiten der Pflanzenproben aufzuzeigen, denn Pflanzen sind die Grundlage allen Lebens. Sie stehen am Anfang der Nahrungskette. Wir brauchen Pflanzen, und deshalb ist die Pflanzenforschung so interessant. Die Pflanzenwelt ist so faszinierend! Manchmal gibt es so viel Pflanzenpracht um uns herum, dass wir sie gar nicht wahrnehmen. Es ist einfach großartig, diese Welt zu erforschen, denn es eröffnen sich so viele Möglichkeiten – sei es für das Verständnis grundlegender Wissenschaften, der Ökologie, für die Beantwortung von Fragen zu Wechselwirkungen, Evolution oder Biogeographie. Das ist Grundlagenforschung. 

Von Beginn bis zum Ende einer Karriere werden Sie nie alle Möglichkeiten ausschöpfen. [Pflanzen sind für uns lebensnotwendig – sie liefern uns Nahrung und Heilmittel gegen Krankheiten und sind zudem wichtig für unser Wohlbefinden.] Wir leben in einer Welt, in der die Menschen die Verbindung zur Natur suchen, weil diese so gut für unser Wohlbefinden ist. Die Pflanzenbiologie ist daher ein Feld voller spannender Möglichkeiten und spannender Herausforderungen. Man braucht nur Geduld und Freude daran.

Wie kann die Öffentlichkeit sinnvolle wissenschaftliche Beiträge zu diesen Sammlungen leisten?

Das ist definitiv ein großer Schritt, und vor allem INaturalist Es ist wirklich großartig. Ich habe mich mit Scott Loarie, dem Entwickler des iNaturalist-Programms, unterhalten und ihm erzählt, wie toll das ganze Programm ist. Die Leute sind zwar unterwegs und sammeln Daten, aber diese vielen Bürgerwissenschaftler, die mit ihren Handys Daten erfassen, tun dies meist an recht bekannten Orten. Und manchmal liefern sie nicht wirklich neue Datenpunkte. Wo wir wirklich Daten benötigen Orte wie Südostasien, das Kongobecken in Afrika oder der Amazonas. 

Orte mit einer wirklich großen Pflanzenvielfalt, aber leider haben nicht viele Menschen die Möglichkeit, dort Pflanzen zu sammeln. Die Logistik ist ziemlich schwierig, aber wenn es einen Weg gäbe, im Algorithmus der Orte Es könnte sehr nützlich sein, bereits überbeprobte Gebiete auszublenden, um neue Erkenntnisse zu ermöglichen. Deshalb haben wir zusammen mit Scott das Tool „Green Maps“ entwickelt. Green Maps lässt sich mit dem Programm iNaturalist ergänzen, das Vorhersagen darüber liefert, welche Pflanzen in einem Gebiet zu erwarten sind. Angenommen, Sie möchten in den Santa Cruz Mountains wandern gehen: Geben Sie einfach die Adresse des Ortes ein und erhalten Sie eine Liste der dort vorkommenden Pflanzen. So können Sie vor Ort gezielt nach diesen Pflanzen suchen, da es sich um Vorhersagen handelt. Das Tool leitet Nutzer zu bestimmten Orten, um die dort erwarteten Pflanzen mit den tatsächlich erfassten zu vergleichen. Als Nutzer können Sie so aktiv neue Daten zur Forschung beitragen.

Für mich persönlich steht bei unserer Arbeit immer der Kerngedanke im Vordergrund: Wir möchten den Wert der Sammlungen ins Bewusstsein rücken. Denn in jüngster Zeit sind Museumssammlungen und Herbarien auf vielfältige Weise bedroht, sei es durch Budgetkürzungen oder den Wegfall von Fördermitteln.

Das jüngste Beispiel ist Die Duke University, die ihr Herbarium stillgelegt hat und verlegt die Sammlung nun an einen anderen Ort. Unsere Forschung ist zwar nicht unbedingt politikorientiert, wir betreiben Grundlagenforschung, aber manchmal ist die wichtigste Botschaft an die Politik, dass diese Datensätze äußerst nützlich sind. Sie sind keineswegs nutzlos. Denn die meisten Entscheidungsträger und politischen Akteure betrachten dies als veraltete Wissenschaft, aber tatsächlich basieren all diese modernen Wissenschaften wie Genomik und Computermodellierung auf Taxonomie, Systematik und der Arbeit mit Exemplaren.

Mein größtes Ziel als Botanikerin ist es, dass Menschen tatsächlich Exemplare sammeln. Das kann aus logistischen Gründen (z. B. Genehmigungen) schwierig sein, aber wenn möglich, würde ich es sehr begrüßen, wenn uns Exemplare zugeschickt würden. Das physische Exemplar ist für die Forschung viel wichtiger als bloße Datenpunkte, denn wir können die DNA nicht aus den Datenpunkten eines Handys extrahieren. Die Sammlungen sind unschätzbar wertvoll, und ich kann das gar nicht genug betonen. Wir brauchen mehr finanzielle Mittel, damit junge Menschen die Botanik als spannend und interessant empfinden und sich dafür begeistern können.

Was im Gespräch mit Barnabas Daru am deutlichsten wird, ist, dass Herbariumsammlungen keine verstaubten Archive abgeschlossener wissenschaftlicher Erkenntnisse sind. Sie sind lebendige Forschungsinstrumente: Aufzeichnungen darüber, wo Pflanzen vorkamen, wie sie sich verändert haben und welche Fragen wir heute mit neuen Methoden stellen können. Je besser die Sammlungen durchsuchbar sind und je stärker sie mit ökologischen Modellen, Merkmalsdaten, Genomik und Bürgerwissenschaft verknüpft werden, desto wertvoller werden sie. Doch Darus letzter Punkt ist vielleicht der wichtigste: Digitale Aufzeichnungen sind zwar leistungsstark, aber sie ersetzen keine Exemplare.Wenn wir wollen, dass zukünftige Forscher weiterhin verborgene Geschichten über den Wandel der Biodiversität aufdecken, müssen wir nach wie vor die physischen Sammlungen selbst sammeln, kuratieren, finanzieren und pflegen.

WEITERLESEN:

Carlen, E., Estien, C., Caspi, T., Perkins, D., Goldstein, B., Kreling, S., Hentati, Y., Williams, T., Stanton, L., Des Roches, S., Johnson, R., Young, A., Cooper, C. und Schell, C. (2024) Ein Rahmenkonzept zur Kontextualisierung sozialökologischer Verzerrungen in wissenschaftlichen Beitragsdaten. People and Nature, 6(2), S. 377–390. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1002/pan3.10592. 

Daru, B., und le Roux, P. (2015) Meeresschutzgebiete reichen nicht aus, um die globale marine Pflanzenvielfalt zu erhalten. Global Ecology and Biogeography, 25(3), S. 324–334. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1111/geb.12412.

Daru, B. und Yessoufou, K. (2016) Suche nach einem einheitlichen DNA-Barcode für Seegräser der Welt. DNA Barcoding in Marine Perspectives, S. 313–330. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/978-3-319-41840-7_19. 

Daru, B.und Rock, B. (2023) Reorganisation von Seegraswiesen im Klimawandel. Nature Plants, 9(7), S. 1034–1043. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1038/s41477-023-01445-6. 

Daru, B. (2024) Vorhersage unentdeckter einheimischer Gefäßpflanzenvielfalt auf globaler Ebene. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(34). Verfügbar unter: https://doi.org/10.1073/pnas.2319989121.

Daru, B. (2025) Erforschung verborgener Dimensionen der Pflanzenbiogeographie anhand von Herbarien. New Phytologist, 246(1), S. 61–77. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1111/nph.70002. 

Zanne, A., Pearse, W., Cornwell, W., McGlinn, D., Wright, I. und Uyeda, J. (2018) Funktionelle Biogeographie der Angiospermen: Leben an den Extremen. New Phytologist, 218(4), S. 1697–1709. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1111/nph.15114. 

Daru, B., Nichodemus, C. und Henao-Diaz, L. (2026) Biogeographische Prozesse als Grundlage globaler Muster der Pflanzendiversität. Science, 392(6800), S. 845–849. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1126/science.adv6172.

Gastautorenprofil

Alisa (sie/ihr) ist eine kanadische Ökologin und begeisterte Naturforscherin. Seit 2017 arbeitet sie in Herbarien, zunächst im Landwirtschaftsministerium in Ottawa, Ontario, und wechselte 2023 zu den Royal Botanic Gardens Kew nach Kanada. Derzeit sucht sie nach einer neuen Herausforderung im wissenschaftlichen Bereich.

Titelbild: Ein Bild von Dr. Barnabas Daru's Exkursion nach Nunavut, Kanada. Bildnachweis Das Daru-Labor / Feldstudie zu arktischen Pflanzen: Nunavut 2023.