Schmetterlinge und die Zukunft: Modellierung von Arealverschiebungen und Aussterberisiko

Von verschobenen Terminen zu verschobenen Karten

Ein Großteil der gut dokumentierten Belege für Klimawandelwirkungen auf Schmetterlinge betrifft das Timing — frühere Flugtermine, zusätzliche Generationen und ähnliche phänologische Verschiebungen in jahrzehntelangen Monitoringdatensätzen. Eine separate und langfristig folgenreichere Frage ist, wo eine Art überhaupt noch leben kann, wenn sich ihre Klima-Enveloppe schneller über die Landschaft bewegt, als viele Populationen folgen können. Dieser Artikel gibt einen Überblick über Forschungsprojektionen für künftige Schmetterlingsverbreitungen und darüber, wie Naturschutzpraxis beginnt zu reagieren.

Modellierung künftiger Areale

Das Standardwerkzeug für solche Projektionen ist das Artenverbreitungsmodell (auch Klima-Enveloppen- oder ökologisches Nischenmodell). Forscher sammeln Nachweise aktueller Vorkommen, extrahieren die damit verbundenen Klimabedingungen — typischerweise Temperatur- und Niederschlagsvariablen — und charakterisieren statistisch oder per masinellem Lernen die scheinbare klimatische Toleranz der Art. Projiziert man dieselbe Toleranz auf zukünftige Klimaszenarien globaler Klimamodelle unter verschiedenen Treibhausgas-Emissionspfaden, entsteht eine Karte, wo Bedingungen voraussichtlich geeignet bleiben, neu geeignet werden oder ihre Eignung verlieren — häufig bis Mitte oder Ende des 21. Jahrhunderts.

Diese Modelle haben real dokumentierte Grenzen. Sie behandeln Klima meist als einzigen limitierenden Faktor und ignorieren biotische Interaktionen wie Wirtspflanzenverbreitung, Konkurrenz und Prädation; sie setzen typisch freie Ausbreitung voraus, sofern nicht explizit eingeschränkt; und sie erfassen nicht die lokale Anpassungs- oder Verhaltensflexibilität, die Persistenz etwas außerhalb des historisch beobachteten Klimabereichs erlauben könnte. Trotz dieser Einschränkungen bleiben sie ein wirklich nützliches Screening-Werkzeug zum Vergleich relativer Risiken über viele Arten hinweg, und ihre breiten qualitativen Muster werden zunehmend durch bereits laufende beobachtete Arealverschiebungen gestützt.

Die projizierten Verlierer: Gebirge und hoher Norden

Zwei Spezialistengruppen erscheinen durchgängig am Hochrisiko-Ende dieser Projektionen — aus demselben Grund: Beide sind bereits auf den kältesten verfügbaren Lebensraum ihrer Region beschränkt, und davon wird bei anhaltender Erwärmung immer weniger verfügbar.

Gebirgsspezialisten — Arten, die auf kühle Bedingungen nahe oder oberhalb der Waldgrenze beschränkt sind, wie viele Erebia-Mohrenfalter, Parnassius-Apollos und alpine Boloria-Perlmutterfalter — werden modelliert als stetig upslope gedrängt, wenn Erwärmung ihre Klima-Enveloppe in höhere Lagen verschiebt. Weil Berge zur Gipfelregion hin schmaler werden, schrumpft die Fläche geeigneten Lebensraums, wenn Arten nach oben weichen — eine Dynamik, die manchmal als „Rolltreppe zum Aussterben" beschrieben wird: Irgendwann gibt es kein höheres Terrain mehr zum Rückzug.

Arktische und subarktische Spezialisten stehen vor dem geografischen Äquivalent in hoher Breite: Arten, die bereits auf Tundra und die nördliche Vegetationsgrenze beschränkt sind, können nördlich nicht weiter, sobald sie eine Küste erreichen; Modelle projizieren für diese Gruppe im Holarktis substanzielle Arealkontraktion.

Die projizierten Gewinner: mobile Generalisten polwärts

Modelle projizieren keinen uniformen Rückgang. Arten, die derzeit am kühleren polaren oder oberen Höhenrand ihres Areals primär durch niedrige Temperatur — nicht durch Wirtspflanzenverfügbarkeit oder andere nicht-klimatische Faktoren — begrenzt sind, sollen bei Erwärmung häufig expandieren; eine beträchtliche Zahl solcher Expansionen wurde in den letzten Jahrzehnten dokumentiert, im Einklang mit Modellvorhersagen aus früheren Jahrzehnten. Mehrere südeuropäische und mediterrane Schmetterlinge sollen ihr Areal deutlich in Mitteleuropa und Nordeuropa ausdehnen — analog zu bereits registrierten Expansionen mancher mobiler Generalisten.

Das Gesamtbild aus den meisten gut untersuchten regionalen Schmetterlingsfaunen ist daher weniger einfacher Rückgang der Gesamtartenzahl als eine Umverteilung der Gemeinschaftszusammensetzung: geografisch eingeschränkte Kältespezialisten verlieren breit an Areal, während weit verbreitete Wärme-Generalisten gewinnen, wobei die Nettoänderung der Artenzahlen in vielen Regionen deutlich kleiner projiziert wird als der zugrunde liegende Austausch, welche konkreten Arten anwesend sind.

Naturschutzantworten

Mehrere Strategien zielen speziell auf die Diskrepanz zwischen der Geschwindigkeit, mit der sich Klimazonen verschieben, und der Reaktionsfähigkeit von Arten und Lebensräumen. Lebensraumkorridore und Trittsteinreservate, die besetzten Lebensraum mit klimatisch geeigneten Gebieten jenseits der natürlichen Ausbreitungsreichweite verbinden sollen, geben arealverschiebenden Populationen einen physischen Pfad statt sie in schrumpfenden Taschen historisch geeigneten Lebensraums isoliert zu lassen. Kontroverser ist die assistierte Kolonisation — die absichtliche menschlich vermittelte Ansiedlung einer Art außerhalb ihres historischen Areals, aber innerhalb der projizierten künftigen Klima-Enveloppe —, die für wenige stark arealeng begrenzte Arten erprobt wurde, in der Naturschutzwissenschaft aber umstritten bleibt wegen unbeabsichtigter ökologischer Folgen im Zielhabitat. Für Gebirgs- und Arktisspezialisten mit begrenztem Spielraum für beide Ansätze wird ex-situ-Schutz — Zuchtprogramme und Samen- oder Genbanken assoziierter Wirtspflanzen — zunehmend als letztes Sicherheitsnetz gegen Aussterben in freier Wildbahn diskutiert.

Warum Schmetterlinge ein nützlicher Fallstudien-Organismus sind

Schmetterlinge eignen sich ungewöhnlich gut für diese Art Klimawirkungsmodellierung wegen Tiefe und Länge verfügbarer Monitoringdaten für viele Arten, besonders in Europa, kombiniert mit ihrer Temperatursensibilität als Ektotherme und relativ gut dokumentierten Wirtspflanzenbeziehungen. Sie gehören damit zu den am gründlichsten modellierten Tiergruppen für Klima-Arealprojektionen; die breiten Muster aus der Schmetterlingsforschung — Spezialistenrückgang, Generalistengewinn und Umverteilung statt uniformem Kollaps — werden häufig als indikative Fallstudie dafür zitiert, wie der Klimawandel viele andere temperatursensitive Organismengruppen eher neu ordnet als schlicht verarmt.