Insekten in tropischen Gebirgen haben deutlich weniger Ausweichmöglichkeiten vor zunehmender Wärme, als viele vermuten.
Viele Arten kommen nur in einem schmalen Höhenband vor – und sonst nirgends. Zwar liegt kühleres Gelände oft nur ein kurzes Stück bergauf, doch neue Forschung an Kurzflügler-Käfern in Costa Rica zeigt, warum selbst dieser scheinbar einfache Weg nach oben immer schwerer zum Überleben wird.
Ein Berg voller Käfer
Ein Forschungsteam um Alexandre Loureiro untersuchte über 100 Arten von Kurzflügler-Käfern in der Área de Conservación Guanacaste (ACG), einem geschützten Gebiet im Nordwesten Costa Ricas.
Das Reservat reicht von der Küste über Trockenwald und Regenwald bis hinauf in den Nebelwald.
Dr. M. Alex Smith von der University of Guelph, korrespondierender Autor der Studie, arbeitete dabei mit Loureiro, Winnie Hallwachs und Daniel Janzen zusammen.
„Diese vielfältige Gruppe kleiner Insekten hat eine grosse Botschaft über ihre Umwelt für uns“, sagte Smith.
„Wenn wir verstehen wollen, was der Klimawandel mit der tropischen Biodiversität macht, müssen wir den kleinen Dingen zuhören.“
Eine klassische Klima-Idee auf dem Prüfstand
Bereits 1967 stellte der Biologe Daniel Janzen die These auf, dass Berge in den Tropen anders „funktionieren“ als Gebirge weiter weg vom Äquator.
An einem bestimmten Höhenpunkt sind die saisonalen Temperaturschwankungen an tropischen Hängen gering. Arten, die dort leben, müssen daher kaum mit wechselhaften Wetterbedingungen zurechtkommen.
Nach Janzens Idee hat diese Stabilität jedoch einen Preis: Solche Arten entwickeln nur einen engen Temperaturbereich, in dem sie überleben können – und schon ein relativ kleiner Auf- oder Abstieg am Berg kann sie darüber hinausdrängen.
Um diese Annahme direkt zu testen, nutzte Smiths Team Käfer, die an acht Punkten entlang des Hangs des Volcán Cacao gesammelt wurden – eines Vulkans innerhalb der ACG.
Acht Höhenstufen, zwei Arten von Stress
An jedem der acht Standorte sammelten die Forschenden lebende Kurzflügler-Käfer und führten zwei unterschiedliche Tests durch. Für die Hitzebelastung wurden einzelne Käfer langsam erwärmt, bis sie ihre obere Grenze erreichten, das sogenannte kritische thermische Maximum.
Für die Kältebelastung kam eine andere Käfergruppe in eine Kältestarre; anschliessend wurde gemessen, wie lange jedes Tier brauchte, um sich wieder zu erholen.
Die meisten Käferarten am Vulkan haben bislang noch nicht einmal einen wissenschaftlichen Namen. Von den am Volcán Cacao nachgewiesenen Kurzflügler-Arten ist erst rund 1 Prozent formal beschrieben.
Um die Arten dennoch zuverlässig zu unterscheiden, setzte das Team auf DNA-Barcoding – einen genetischen „Fingerabdruck“.
Mit der Höhe sank die Hitzetoleranz
Mit zunehmender Höhe nahm die Hitzetoleranz kontinuierlich ab. Käfer aus dem kühlen Nebelwald nahe des Gipfels hielten hohe Temperaturen deutlich schlechter aus als Käfer aus dem heissen Tieflandwald.
Das bedeutet jedoch nicht, dass die Tieflandarten „sicher“ sind: Zwar vertragen sie mehr Hitze, leben aber bereits in Wäldern, in denen die Temperaturen nahe an ihre obere Grenze heranreichen.
Die Käfer des Nebelwaldes zeigten hingegen das engste Temperaturfenster aller untersuchten Gruppen – genau dort, wo Janzens Hypothese den stärksten Effekt erwarten lässt.
„Die Insekten in tieferen Lagen leben möglicherweise schon sehr nahe an ihren Grenzen“, sagte Smith, „während die Insekten weiter oben am Berg nicht für die Temperaturen gebaut sind, die auf sie zukommen.“
„Ein Ausweichen nach oben kann manchen Arten vorübergehend helfen, der Hitze zu entkommen. Aber die meisten dieser Arten bewegen sich nicht viel; und irgendwann gibt es keinen höheren Ort mehr.“
Costa Rica durchbrach das Muster
Die Forschenden stellten ihre Ergebnisse einer weltweit grössten bestehenden Datensammlung zur Thermotoleranz von Insekten gegenüber.
In dieser Datenbank zeigte sich bislang meist, dass die Hitzetoleranz bei landlebenden Insekten über verschiedene Höhenlagen hinweg relativ stabil bleibt – mit nur geringen Unterschieden zwischen Tiefland- und Gebirgspopulationen. Bei den Kurzflüglern der ACG fiel die Hitzetoleranz dagegen deutlich.
Diese Diskrepanz macht sichtbar, wie gross die Wissenslücken bei tropischen Insekten sind. Der überwältigende Anteil tropischer Arten – sowohl in der ACG als auch weltweit – ist bis heute weder benannt noch genauer untersucht.
Allein die Kurzflügler umfassen mehr als 60.000 beschriebene Arten; zahlreiche weitere sind weiterhin unbenannt.
Die Versuche wurden zudem nur an einem einzigen Vulkan durchgeführt. Gemessen wurde, wie viel Hitze und Kälte die Käfer unter Laborbedingungen überstehen – nicht, wie sich jede Art verhält, wenn eine reale Hitzewelle durch den Wald zieht.
Aufgebaut auf Jahren der Gebirgsforschung
Ohne jahrelange Vorarbeit in der ACG wäre die Studie nicht möglich gewesen. Seit 2013 erfassen Smith und Kolleginnen und Kollegen an Standorten von Meereshöhe bis auf 1.500 Meter alle 15 Minuten Temperaturdaten.
Ausgebildete Feldbiologinnen und -biologen des Parks halfen beim Sammeln dieser Messreihen, die inzwischen zeigen, wie sich das Bergklima verändert.
Die Käferanalyse stützt sich ausserdem auf fast zwei Jahrzehnte des Sammelns von Kurzflüglern im Reservat. Diese früheren Arbeiten hatten bereits gezeigt, dass die Insektenvielfalt mit der Höhe stark zunimmt – und dass die meisten Arten nur einen engen Abschnitt des Höhenprofils besetzen.
Smith vergleicht die Schwierigkeit, diese Vielfalt zu erfassen, mit einem alltäglichen Ärgernis.
„Die Zukunft der Biodiversität nur anhand eines Bruchteils der tatsächlich existierenden Arten vorhersagen zu wollen, ist wie das neue Möbelstück zusammenbauen zu versuchen, ohne alle Teile – oder ohne den Inbusschlüssel“, sagte Smith.
„Die ACG gibt uns eine aussergewöhnliche Chance, damit zu beginnen, diese fehlenden Teile zu ergänzen.“
Die vollständige Studie erschien in der Fachzeitschrift PNAS.
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