Ecological lines of least resistance shape community responses to climate change

Stellen Sie sich die natürliche Welt als eine riesige, geschäftige Tanzfläche vor, auf der jede Art ein ganz spezifischer Tänzer mit einem ganz eigenen Rhythmus ist. Damit ein Wald gesund und lebendig bleibt, müssen die Tänzer im Einklang mit der Musik sich bewegen. Aber was, wenn sich die Musik zu ändern beginnt? In der Welt der Ökologie ist die „Musik“ das Klima – Dinge wie wie heiß es im Sommer wird, wie kalt die Winternächte sind, wie viel Wasser verfügbar ist und wie viel Feuchtigkeit die Luft enthält. Wissenschaftler wissen schon lange, dass sich, wenn sich das Klima ändert, auch die Mischung aus Pflanzen und Tieren in einem Wald oft verschiebt, um Schritt zu halten. Einige Arten ziehen vielleicht weg, und neue ziehen ein.

Das Klima ist jedoch nicht nur eine Frage von heißer oder feuchter werdend; es ist eine komplexe, mehrdimensionale Verschiebung. Es ist, als würde sich gleichzeitig das Tempo, die Tonart und die Lautstärke der Musik ändern, aber nicht unbedingt auf eine Weise, die zu den üblichen Schritten der Tänzer passt. Ein Schlüsselkonzept hierbei ist die „Nische“, was im Grunde die perfekte Kombination von Bedingungen ist, die eine Art liebt. Wenn sich das Klima in eine Richtung verschiebt, die der natürlichen Bandbreite der Vorlieben entspricht, die der Wald bereits besitzt, kann sich die Gemeinschaft leicht anpassen. Aber wenn sich das Klima in eine seltsame, neue Richtung verschiebt, an die niemand im Wald gewöhnt ist, könnten die Tänzer verwirrt werden, stolpern oder ganz aufhören zu tanzen. Dies erzeugt eine Lücke zwischen dem Klima und dem Wald, einen Zustand, den Wissenschaftler als „Ungleichgewicht“ (Disequilibrium) bezeichnen. Zu verstehen, wie Wälder auf diese kniffligen, multidirektionalen Veränderungen reagieren, ist entscheidend, denn wenn sie nicht mithalten können, könnte das gesamte Ökosystem fragil und anfällig für einen Zusammenbruch werden.

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Die „Linie des geringsten Widerstands“ des Waldes

In einer neuen Studie beschlossen die Forscher Kyle Rosenblad und David Ackerly von der University of California, Berkeley, genau zu untersuchen, wie Wälder reagieren, wenn sich das Klima in verschiedene Richtungen verändert. Sie untersuchten einen massiven Datensatz: 11.279 Waldparzellen in den westlichen Vereinigten Staaten, die zehn Jahre nach einer ersten Untersuchung erneut überprüft wurden. Sie verfolgten vier spezifische Klimavariablen: den heißesten Tag des Jahres (TMAX), die kälteste Nacht des Jahres (TMIN), die Menge an Wasser, die Pflanzen verbrauchen (AET), und die Menge an Wasser, die die Luft hält, bevor es regnet (CWD).

Das Team führte ein kluges Konzept ein, das sie die „ökologische Linie des geringsten Widerstands“ nennen. Stellen Sie sich die Waldgemeinschaft wie eine Gruppe von Wanderern vor. Jeder Wanderer (oder jede Art) hat einen Lieblingspfad, den er gerne geht. Wenn man alle Wanderer zusammen betrachtet, gibt es einen Hauptpfad, dem die meisten von ihnen natürlich folgen. Dies ist die „Linie des geringsten Widerstands“. Es ist die dominante Richtung, in der die Vorlieben der Arten bereits gehäuft vorkommen.

Stellen Sie sich nun vor, das Klima sei ein Wind, der die Wanderer anbläst.

• Szenario A: Wenn der Wind entlang dieses Hauptpfades weht, können die Wanderer leicht mit ihm gehen. Die Waldgemeinschaft verschiebt sich reibungslos, um dem neuen Klima zu entsprechen.
• Szenario B: Wenn der Wind quer über den Pfad weht, also in einem spitzen Winkel, haben die Wanderer Probleme. Sie können nicht einfach leicht seitwärts gehen; ihre Lieblingspfade führen nicht in diese Richtung. Selbst wenn der Wind nicht super stark ist, bleiben die Wanderer stecken. Der Wald hält nicht Schritt mit dem Klima, und die Lücke zwischen ihnen vergrößert sich.

Die Forscher maßen den Winkel zwischen der Richtung, in die sich das Klima veränderte, und dieser „Linie des geringsten Widerstands“. Sie nannten diesen Winkel θ (Theta).

Was sie herausfanden

Die Studie fand ein klares Muster: Je größer der Winkel (θ) ist, desto schlechter kann der Wald mit dem Klima Schritt halten.

Wenn sich das Klima in einer Richtung veränderte, die eng mit den natürlichen Vorlieben des Waldes abgestimmt war (ein kleiner Winkel von etwa 3°), schaffte es der Wald tatsächlich, „aufzuholen“. Die Diskrepanz zwischen dem Klima und den Bäumen verringerte sich. Doch als der Winkel größer wurde, begann der Wald zurückzufallen.

Hier liegt der entscheidende Punkt: Als der Winkel der Klimaveränderung von 3° auf 90° (ein rechter Winkel) divergierte, nahm die Unstimmigkeit zwischen dem Klima und dem Wald um einen Betrag zu, der 0,5 °C pro Jahrzehnt entspricht. Um dies in Perspektive zu setzen: Dies ist ein riesiger Sprung in der „Klimastress“-Belastung, der allein dadurch entsteht, dass die Richtung der Veränderung falsch ist, selbst wenn die Temperatur oder die Regenmengen selbst noch keine extremen Rekorde erreichen.

Der durchschnittliche Winkel, den sie in diesen Wäldern beobachteten, betrug 59°, was eine ziemlich große Divergenz ist. Im Durchschnitt bedeutete dies, dass die Wälder hinterherhinkten, wobei die Unstimmigkeit um 0,0078 standardisierte Klimaeinheiten pro Jahrzehnt wuchs.

Warum das wichtig ist (und was es nicht ist)

Die Forscher waren sorgfältig dabei, andere Möglichkeiten auszuschließen. Sie prüften, ob die Bäume sich einfach nur zufällig bewegten, wie Blätter in einem Sturm. Sie nutzten statistische Tests, um zu zeigen, dass das von ihnen gefundene Muster stärker ist, als man es durch Zufall erwarten würde (mit einem p-Wert von weniger als 10⁻³). Dies deutet darauf hin, dass die Wälder tatsächlich versuchen, auf das Klima zu reagieren, aber sie haben Schwierigkeiten, weil das Klima sich in eine Richtung bewegt, auf die die Bäume nicht vorbereitet sind.

Sie entdeckten auch, dass dieses Problem nicht nur eine Variable betrifft, wie etwa die Temperatur. Es geht um die Kombination. Selbst wenn die Temperatur nicht rekordverdächtig heiß wird, wenn es heißer und trockener wird auf eine Weise, an die kein Baum im Wald gewöhnt ist, leidet die gesamte Gemeinschaft. Die Studie legt nahe, dass diese „multidimensionale Neuartigkeit“ – neue Kombinationen von Klimabedingungen, die nicht zur Geschichte des Waldes passen – ein Hauptgrund dafür ist, warum einige Wälder hinterherhinken.

Interessanterweise betrachteten die Forscher benachbarte Wälder, um zu sehen, ob Bäume einfach aus nahegelegenen Gebieten einwandern könnten, um das Problem zu lösen. Sie fanden heraus, dass benachbarte Wälder sehr ähnliche „Linien des geringsten Widerstands“ haben (ihre Bäume bevorzugen ähnliche Pfade). Das bedeutet, dass selbst wenn neue Bäume aus der Umgebung einwandern, sie vielleicht nur mehr von denselben „falschen Pfaden“ wandernden Personen hinzufügen, anstatt die spezifischen Arten von Bäumen mitzubringen, die benötigt werden, um die neue Klimarichtung zu bewältigen.

Das Fazit

Diese Arbeit legt nahe, dass die Richtung des Klimawandels genauso wichtig ist wie die Geschwindigkeit. Wenn sich das Klima in eine Richtung verschiebt, die mit der natürlichen Vielfalt des Waldes übereinstimmt, kann sich der Wald anpassen. Aber wenn sich das Klima in eine Richtung verschiebt, die quer durch die natürlichen Vorlieben des Waldes verläuft, wird der Wald wahrscheinlich den Anschluss verlieren, dadurch anfälliger werden und weniger in der Lage sein, ordnungsgemäß zu funktionieren. Es ist eine Erinnerung daran, dass die Natur nicht nur darauf reagiert, wie heiß oder feucht es wird, sondern auf den komplexen, multidimensionalen Tanz der sich verändernden Welt.