Invertebraten-Nahrungsnetze in Gletschervorfeldern

Der dramatische Rückzug der Gletscher während der letzten 150 Jahre ist eines der deutlichsten Zeichen für den Klimawandel in alpinen Landschaften. Durch ihre einfache ökologische Struktur sind Gletschervorfelder ausgezeichnete Modellsysteme zur Untersuchung basaler ökologischer Vorgänge wie Kolonisation, Etablierung von Populationen und Entstehung von Artengemeinschaften. Eigenartigerweise sind die frühesten Stadien von Primarsukzessionen durch räuberdominierte Gemeinschaften geprägt. Obwohl die artenarmen Pioniergesellschaften der wirbellosen Tiere gut beschrieben sind, ist weitgehend unbekannt, welche Nahrungsbeziehungen (trophischen Interaktionen) bei der Bildung der Artengemeinschaften ausschlaggebend sind. Dieses Projekt versucht hier eine Wissenslücke zu schließen, indem es zwei Ansätze verfolgt: 1) Die trophischen Wechselwirkungen innerhalb der Gemeinschaft der Makro-Invertebraten auf den kürzlich eisfrei gewordenen alpinen Flächen zu ermitteln, wobei erstmals ein molekularer Ansatz verwendet wird. 2) Die Nahrungsnetze der Makro-Invertebraten zwischen den frühesten und späteren Pionierstadien zu vergleichen. Dabei wird von der Hypothese ausgegangen, dass die Struktur der Nahrungsnetze vorrangig von der Zeit seit der Ausaperung und weniger von standortspezifischen Faktoren bestimmt wird. Das für drei Jahre konzipierte Projekt hat vier Ziele: (i) die relativen Abundanzen der Taxa der Invertebratengemeinschaft im Gletschervorfeld zu bestimmen, den Ernährungszustand der Räuber zu erheben und den externen Eintrag von Beutetieren zu ermitteln, (ii) mittels DNA-basierten Darminhaltsanalysen die trophischen Wechselwirkungen zu identifizieren und ihre Stärke zu bestimmen, (iii) diese zwischen einer artenarmen, frühen und einer artenreichen, späten Pioniergemeinschaft zu vergleichen, und (iv) aus einer Verbindung von Abundanzen und den gefundenen Räuber-Beute-Wechselwirkungen die Nahrungsnetze semi-quantitativ zu charakterisieren und zwischen den Gletschervorfeldern von drei benachbarten Tälern zu vergleichen. Mit der Fokussierung auf den funktionellen Aspekt - nämlich auf die Nahrungsbeziehungen innerhalb der Pioniergesellschaften - bedeutet dies einen neuen Schritt in der Erforschung von Gletschervorfeldern und Primärsukzessionen. Der Einsatz aktueller molekularer Methoden zur Nahrungsdetektion in Kombination mit einer umfassenden Analyse der Artengemeinschaften ermöglicht die semi-quantitative Darstellung eines Nahrungsnetzes von terrestrischen Evertebraten in einer bisher nicht erreichbaren Auflösung. Die Bedeutung dieses Projektes geht über die Aufklärung der Ernährungsbasis von Pioniergemeinschaften hinaus, die allein bereits ökologisch hoch relevant ist. Es eröffnet neue Wege für die Erforschung von Nahrungsbeziehungen zwischen Tieren, bei denen dies mit klassischen Methoden nicht möglich war.

Der dramatische Rückzug der Gletscher während der letzten 150 Jahre ist eines der deutlichsten Zeichen für den Klimawandel in alpinen Landschaften. Durch ihre einfache ökologische Struktur sind Gletschervorfelder ausgezeichnete Modellsysteme zur Untersuchung basaler ökologischer Vorgänge. Erstaunlicherweise sind die frühesten Stadien von Primärsukzessionen durch räuberdominierte Gemeinschaften geprägt und es ist weitgehend unbekannt, welche Nahrungsbeziehungen (trophischen Interaktionen) bei der Bildung der Artengemeinschaften ausschlaggebend sind.Dieses Projekt versuchte diese Wissenslücke zu schließen, indem es zwei Ansätze verfolgte:1) Die trophischen Wechselwirkungen innerhalb der Gemeinschaft der Makro-Invertebraten auf kürzlich eisfrei gewordenen alpinen Flächen zu ermitteln, wobei erstmals ein molekularer Ansatz verwendet wurde.2) Die Nahrungsnetze zwischen frühesten und späteren Pionierstadien zu vergleichen. Dabei wird von der Hypothese ausgegangen, dass die Struktur der Nahrungsnetze vorrangig von der Zeit seit der Ausaperung und weniger von standortspezifischen Faktoren bestimmt wird.Der Darminhalt der räuberischen Pionierbesiedler wurde mit vier neu entwickelten multiplex PCR Systeme auf die 24 häufigsten bodenlebenden und fliegenden Beutetaxa in Gletschervorfeldern untersucht. Neue Ansätze wurden entwickelt um die Detektion der Beute DNA zu optimieren und um die methodisch induzierte Varianz zu minimieren.Laufkäfer, Wolfsspinnen, Baldachinspinnen und Weberknechte wurden über zwei Sommer in frühen (< 10 Jahre eisfrei) und späten (15-20 Jahre eisfrei) Pionierstadien im Vorfeld des Rotmoosferners (Ötztaler Alpen, Westösterreich) gesammelt. Im zweiten Sommer wurden die beiden angrenzenden Gletschertäler zusätzlich untersucht und die Gemeinschaft der bodenlebenden und fliegenden Invertebraten wurde in jedem Gletschertal und Pionierstadium erfasst. Zur Untersuchung der Laufkäfer konnte ein nicht-invasiver Ansatz der Nahrungsanalyse gewählt werden um die Käferpopulationen zu schonen.Springschwänze wurden am häufigsten als Beute konsumiert, dies deutet darauf hin, dass autochthone Zersetzter eine wichtige Nahrungsgrundlage für die Pionierräuber darstellen. Entgegen unserer ursprünglichen Annahme war die Konsumptionsfrequenz von räuberischer Beute auf frühen, beutearmen Pionierstandorten nicht höher als in späten, beutereicheren. Die molekularen Daten als auch die Analyse stabiler Isotope zeigten, dass die Räuber in artspezifischen trophischen Nischen leben. Sowohl Standortfaktoren als auch die Zeit der Ausaperung hatten einen signifikanten Einfluss auf die Nahrungsbeziehungen und die Nahrungsnetze wiesen in den späteren Pionierstadien eine höhere Vernetzung und Komplexität auf. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Nahrungsnetze sowohl von autochthoner als auch allochthoner Beute gespeist werden und dass Nahrungsnetzänderungen sowohl von Standortfaktoren als auch der Zeit seit Eisfreiwerdung bestimmt werden.