Wölfe fressen Wapitis, so viel war klar. Deshalb siedelte man die Raubtiere 1995 im Yellowstone-Nationalpark an, wo sich die Hirsche extrem vermehrt hatten und alles kurz und klein frassen. Was niemand erwartet hatte: Die Anwesenheit der Wölfe bewirkte, dass im Park plötzlich Biber auftauchten. Was war geschehen? Ökologen fanden heraus, dass die Biber durch Pappel-Dickichte angezogen wurden. Diese konnten seit der Anwesenheit der Wölfe plötzlich ungehemmt wachsen. Die Wapitis ästen die Triebe an unübersichtlichen Stellen nicht mehr ab, weil sie Angst hatten, dort von Wölfen überrascht zu werden.

Das ist nur eines von vielen Beispielen, die zeigen, wie komplex die Zusammenhänge in der Natur sind. Und wie wenig man über sogenannte ökologische Netzwerke weiss, über die Tiere und Pflanzen miteinander verbunden sind und voneinander abhängen. Dass es in diesen Netzwerken nicht nur direkte Interaktionen wie «Wolf frisst Hirsch» gibt, sondern auch viel verschlungenere, macht die Sache noch unübersichtlicher.

Einem internationalen Forscherteam ist es jetzt erstmals gelungen, ein Modell zu entwickeln, mit dem sich indirekte Effekte untersuchen lassen. Dabei beeinflussen Arten andere Spezies, indem sie ihre Umwelt und damit ihre Lebensbedingungen verändern. «Eine zentrale Rolle kommt dabei den Ökosystem-Ingenieuren zu», sagt Justin Yeakel von der University of California in Merced, der die Studie geleitet hat, die kürzlich im Wissenschaftsjournal «Nature Communications» veröffentlicht wurde. Gemeint sind alle Lebewesen, die ihre Umwelt aktiv verändern – und zwar über ihre eigene Lebenszeit hinaus.

Würmer schaffen Wohnraum

Das sind mehr Tiere und auch Pflanzen, als man im ersten Moment denkt. «Spezies sind nicht nur Bewohner einer Landschaft, die Landschaft wäre ohne die Spezies gar nicht da», sagt Thilo Gross, Biodiversitätstheoretiker an der Universität Oldenburg, der an der Studie beteiligt war.

Elefanten beispielsweise rupfen Keimlinge und kleine Bäume aus und sorgen so dafür, dass Graslandschaften entstehen, die dann wieder Lebensraum für kleinere Wirbeltiere sind. Ein Beispiel aus Deutschland sind die Eichhörnchen, die sozusagen aus Versehen Bäume pflanzen, weil sie Eicheln und andere Samen als Vorrat vergraben, aber hin und wieder vergessen, wo sie sie versteckt haben.

Besonders faszinierend findet Ökologe Yeakel die Schiffsbohrmuschel, die auf Englisch Shipworm heisst, weil sie mit ihrem lang gezogenen Körper eher einem Wurm als einer Muschel ähnelt. Die meisten Arten fressen sich durch Holz und hinterlassen dabei Gänge und Höhlen, in die später andere Tierarten einziehen. Erst kürzlich haben Zoologen auf den Philippinen aber eine Art entdeckt, die in Flüssen lebt und dort Löcher in Steine bohrt. So schafft sie gemütlichen Wohnraum für viele andere Flussbewohner.

Frühes Erkennen von Warnsignalen

Dem Team um Yeakel ist es gelungen, die Rolle der Ökosystem-Ingenieure und ihre indirekten Einflüsse auf andere Arten in ein theoretisches Modell der in der Natur vorkommenden Netzwerke einzubauen. In bisherigen Modellen lassen sich meist lediglich direkte Wechselwirkungen nachvollziehen. In diesen theoretischen Netzen steht jeder «Knoten» für eine Art. Die Verbindungen dazwischen symbolisieren die Interaktionen zwischen den Spezies.

«Wir befinden uns mitten in einem weltweiten Artensterben.»

Thilo Gross, Biodiversitätstheoretiker an der Universität Oldenburg

Ziel solcher Modelle ist es einerseits, die Zusammenhänge in der Natur besser zu verstehen. «Wir wollten herausfinden, wie Netzwerke entstehen» sagt Justin Yeakel. Zudem lässt sich anhand der Modelle beobachten, ob und wie sich die Interaktionen zwischen Arten mit der Zeit verändern.

Andererseits versuchen die Wissenschaftler aber auch, Entwicklungen in den echten Ökosystemen vorherzusagen. Zum Beispiel lässt sich simulieren, was mit dem grossen Ganzen passiert, wenn bestimmte Tiere oder Pflanzen aussterben. «Wir befinden uns mitten in einem weltweiten Artensterben», sagt Thilo Gross. «Mithilfe der Modelle wollen wir unter anderem herausfinden, ob es Kipp-Punkte gibt, an denen ein ganzes Netzwerk zusammenbricht, und wenn ja, wie weit wir in der Natur davon entfernt sind.»

Wenn man das versteht, lassen sich vielleicht auch Warnsignale erkennen, die ankündigen, dass das System kurz davor ist, zu kollabieren. Und im besten Fall findet man sogar heraus, was man dagegen tun kann.

Die verschiedenen Beziehungsformen

All diese Modelle sind starke Vereinfachungen der natürlichen Zusammenhänge. Denn in der echten Welt gibt es derart viele Wechselwirkungen zwischen Arten, dass sich gar nicht alle in ein und demselben Modell darstellen lassen. Neben den klassischen Räuber-Beute-Beziehungen gibt es auch Tiere wie etwa Geier, die fressen, was andere liegen lassen. Oder Parasiten, die auf Kosten anderer leben, dabei aber in der Regel so geschickt vorgehen, dass sie ihren Wirt, von dem sie leben, nicht töten.

In mutualistischen Beziehungen, wie etwa der zwischen Bienen und Blumen, haben beide Seiten einen Vorteil: Die Bienen bekommen Nahrung von der Pflanze, diese wird im Gegenzug von den Insekten bestäubt. Doch selbst dieser noch vergleichsweise überschaubare Zusammenhang wird auf den zweiten Blick komplizierter: Bienen sterben nämlich nicht aus, wenn eine Blumenart verschwindet, sie können ihren Nektar auch anderswo sammeln. Umgekehrt würden aber gleich mehrere Pflanzenarten aussterben, wenn es keine bestäubenden Insekten mehr gäbe.

«Wenn man die Zahl der Öko-Ingenieure im Modell erhöht, wird das Netzwerk stabiler.»

Justin Yeakel, University of California

Es gibt also Spezies, die für das grosse Ganze wichtiger sind als andere. Biologen bezeichnen sie als Schlüssel- oder Keystone-Arten. Ihr Entdecker war der amerikanische Ökologe Robert T. Paine, der in den 1960er-Jahren beobachtete, dass sich an identischen Stellen einer pazifischen Felsenküste völlig verschiedene Lebensgemeinschaften etablierten, je nachdem ob eine bestimmte räuberische Seestern-Art dort lebte oder nicht. «Es ist schwer zu sagen, wie viele natürliche Systeme solche Keystone-Arten haben», sagt Gross. Klar ist nur: Wenn eine solche Art ausstirbt, verändert sich das ganze Netzwerk und bricht unter Umständen zusammen.

«Ökosystem-Ingenieure haben wahrscheinlich in vielen Systemen die Funktion von Schlüsselarten», schreiben die Autoren der aktuellen Studie. Die Untersuchung hat zudem ergeben, dass in Lebensräumen mit vielen Öko-Ingenieuren weniger Tiere und Pflanzen aussterben. «Wenn man die Zahl der Ingenieure im Modell erhöht, wird das Netzwerk stabiler», sagt Yeakel. Verringert man dagegen die Zahl der Ökosystem-Ingenieure, beginnt das Netzwerk zu wackeln und die Aussterberate erhöht sich.

Warum ist das so? Ingenieure wie etwa die Schiffsbohrmuschel schaffen vermutlich neue «Nischen», in denen sich Arten einnisten können, die davor nicht im System vorgekommen sind. Dadurch erhöht sich die Artenvielfalt. Und je mehr verschiedene Arten es gibt, umso besser kann das System auf Störungen reagieren. Stirbt zum Beispiel eine bestimmte Art aus, ist die Wahrscheinlichkeit gross, dass es andere Spezies gibt, die ihre Funktion übernehmen können, sodass das grosse Ganze nicht in Gefahr gerät. So wie eine Biene auf einer Wiese mit vielen verschiedenen Blumen immer noch genug zu fressen findet, wenn eine Blume verschwindet.

Manche Arten beeinflussen ihre Umwelt in einem relativ kleinen Radius um sich herum. Blattschneider-Ameisen etwa verbessern das Mikroklima im Boden, weil sie in ihren Nestern ausgeklügelte Belüftungssysteme anlegen. Dadurch begünstigen sie das Wachstum von Pflanzen. Andere verändern die ganze Welt. Dazu gehören Cyanobakterien, die durch Fotosynthese Sauerstoff produzieren. Vor etwa zweieinhalb Milliarden Jahren stieg dadurch die Sauerstoffkonzentration in der Erdatmosphäre an, was die Lebensbedingungen komplett umkrempelte.

Auch der Mensch ist ein Ökosystem-Ingenieur, der die ganze Welt verändert. Doch anders als die Cyanobakterien formt er die Erde nicht im Verlauf von Jahrmillionen, sondern rasend schnell um. Anderen Lebewesen bleibt kaum Zeit, sich an die Veränderungen anzupassen. Die Frage ist wohl, ob ein globaler Ökosystem-Ingenieur irgendwann selbst Gefahr läuft auszusterben, wenn er zu schnell vorgeht.