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Pflanzliche Wiederbesiedlung in der Polarregion

 Studium Integrale Journal 15 (2008), p. 52- 54

Die Polarregionen bieten unwirtliche Lebensbedingungen und sind daher artenarm. Infolge der Klimaerwärmung und daraus resultierenden besseren Lebensbedingungen wird die Einwanderung von neuen Pflanzen- und Tierarten erwartet. Welche Faktoren bestimmen die Geschwindigkeit der Einwanderung?

Der Svalbard-Archipel – auch nach seiner Hauptinsel Spitzbergen benannt – eignet sich gut für die Untersuchung der Geschwindigkeit von Migrationsvorgängen (Wanderungen), da er während der letzten Eiszeit vor 20 000 Jahren konventioneller Zeitrechnung vollständig von Eis bedeckt war und sehr wahrscheinlich die gesamte Flora seitdem neu einwanderte. Svalbard liegt nördlich des Polarkreises und weit entfernt von eventuellen Ausgangsregionen der Wiederbesiedelung (Grönland, Russland, Nordskandinavien).

Seine Tundrenvegetation zählt nur etwa 130 verschiedene Blütenpflanzenarten. Eine Forschergruppe (Alsos et al. 2007) sammelte 4439 Exemplare von neun arktischen Blütenpflanzenarten auf Svalbard und den genannten möglichen Quellregionen. Die neun Arten aus sechs Familien wurden so ausgewählt, dass sie hinsichtlich ihrer ökologischen Ansprüche für die Flora Svalbards repräsentativ sind. Drei Arten haben gefiederte Samen für die Windverbreitung, weitere drei fleischige Früchte für die Verbreitung durch Vögel und Säugetiere und restlichen drei sind hinsichtlich der Verbreitung nicht spezialisiert. Durch Vergleich des „genetischen Fingerabdruckes“ aller 4439 Exemplare wurde für jede Art ermittelt, aus welcher Ausgangsregion sie den Svalbard-Archipel kolonisierte.

Außerdem wurde abgeschätzt, wieviele verschiedene Samen jeder Art mindestens nach Svalbard gelangt sein mussten, um die dort vorgefundene genetische Vielfalt zu erklären.

8 der 9 Arten entstammen Nordrussland: Die Schwarze Krähenbeere (Empetrum nigrum), die Rauschbeere (Vaccinium uliginosum), die Moltebeere (Rubus chamaemorus), die Zwergbirke (Betula nana), die Silberwurz (Dryas octopetala), die Vierkantige Cassiope (Cassiope tetragona), die Alpen-Gänsekresse (Arabis alpina) und der Bach-Steinbrech (Saxifraga rivularis). Eine Art, die Krautweide (Salix herbacea), kam wahrscheinlich aus Nordskandinavien, aber da die in Nordskandinavien weitverbreiteten Salix herbacea-Pflanzen zur selben genetischen Gruppe wie die einzige nicht dort, sondern in Russland vorkommende Population gehörten, war keine sichere Entscheidung über die Ausgangsregion möglich.

Außer für Arabis alpina, die genetisch nur wenig variierte, wurde für die übrigen 8 Arten ein Minimum von 6 verschiedenen Samen bei Rubus chamaemorus bis zum Maximum 38 bei Dryas octopetala abgeschätzt, die sich erfolgreich auf dem Archipel etablieren mussten, um die dort beobachtete genetische Vielfalt zu erklären. Bei 6 Arten legte der genetische Befund neben der hauptsächlichen Quellregion noch eine zweite Ausgangsregion nahe: Für die vier kälteresistentesten Arten D. octopetala, S. herbacea, C. tetragona und S. rivularis sowie für die beiden am meisten wärmeliebenden (und folglich seltensten) Arten B. und V. uliginosum.

Die genetische Variabilität der untersuchten Pflanzen auf Svalbard korrelierte negativ mit ihrer Anpassung an das gegenwärtige dortige Klima: je besser eine Pflanzenart das Klima vertrug, desto größer war ihre genetische Vielfalt und umgekehrt (Bild 1).

Nur von Juni bis August überschreiten die Mitteltemperaturen den Gefrierpunkt mit einem Maximum von 4,4°C im Juli, und die Küstenregionen sind nur im Sommer für 6 Wochen eisfrei. Die Vegetation wird ermöglicht durch den Golfstrom, der während der 4-monatigen Polarnacht gegenüber dem auf dieser Breite üblichen Klima für relativ milde Winter sorgt.

Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass geschwindigkeitsbestimmend für die Neubesiedlung die ökologischen Bedingungen am Zielort seien und nicht die (offenbar immer in genügender Menge erfolgende) Verdriftung der Samen (durch Wind, Vögel oder z.B. Treibholz und -eis und selbst durch Säugetiere). Dieser Schluss wird unterstützt durch den Befund, dass 80 bis 90% der kälteresistenten Pflanzen in den potentiellen Ausgangsregionen auch auf Svalbard präsent seien, aber nur 40 bis 60% der wärmeliebenden. Und damit würde ein wärmeres Klima auf Svalbard auch eine größere pflanzliche Vielfalt infolge erfolgreicher Migration erwarten lassen. Die gute Umweltresistenz von Pflanzensamen ist bekannt (Lindemann 2001) und es können sich Pflanzen binnen weniger Jahre nicht nur vom Festland auf Inseln ausbreiten, sondern sich sogar mikroevolutiv an das neue Habitat anpassen (Kutzelnigg 1997) Auf der Basis der konventionellen Zeitrechnung veranschlagen Alsos et al. im Online support 10 000 Jahre seit Beginn der Wiederbesiedlung. Aber auch wenn nur einige Prozent der verdrifteten Samen sich erfolgreich ansiedeln könnten, so wären selbst für D. octopetala nur einige 1000 Samen nötig. Die Leistungsfähigkeit der Transportprozesse dürfte die von Alsos et al. geschätzte Verdriftung von etwa einem Samen alle 2 Jahre bei weitem übersteigen (was einer erfolgreichen Ansiedlung einer Pflanze nur einmal pro Vierteljahrtausend entsrpräche). Damit stellt diese Studie indirekt die Datierung der letzten Eiszeit in Frage: Wäre Svalbard schon so lange teilweise eisfrei, müsste eine höhere genetische Vielfalt bestehen.

Nach einer größeren Katastrophe wäre jedenfalls zu erwarten, dass verwüstete, aber klimatisch günstige Regionen von vielleicht nur wenigen Ausgangspunkten auch über große Entfernungen rasch – innerhalb von Jahren – und durch nur wenige – einige Dutzend – Exemplare jeder Art wiederbesiedelt werden können und genau das erwartet und sieht man ja auch heute bei der Artenmigration infolge der globalen Erwärmung.

Wolfgang B. Lindemann

Alsos IG, Eidesen PB, Ehrich D, Skrede I, Westergaard K, Jacobsen GH, Landvik JY, Taberlet P & Brochmann C (2007) Frequent long-distance plant colonization in the changing arctic, Science 316, 1606- 1609.

Kutzelnigg H (1997) Schnelle Evolution der Samenverbreitung bei Pflanzenpopulationen auf küstennahen Inseln. Stud. Int. J. 4, 39-40.

Lindemann WB (2001) Langlebige Pflanzensamen. Stud. Int. J. 8, 101.

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