Klimabeeinflusste Baumgrenzdynamik im Uralgebirge: Steuerfaktoren, Hemmnisse und die Rolle von genetischer Anpassung

• Antragsteller: Dr. Stefan Kruse
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448651799

Problemstellung: Die Baumgrenzen im Uralgebirge reagieren positiv auf die Klimaerwärmung. Wenn die Ausdehnung der Waldgebiete mit der zukünftigen Erwärmung Schritt hält, dann werden wertvolle alpine Tundrahabitate verdrängt. Die Schnelligkeit des Klimawandels, Fehlanpassungen und limitierter genetischer Austausch in der Landschaft können die Anpassung lokaler Baumpopulationen verhindern. Zur Untersuchung der Einflussfaktoren und für das Abschätzen der zukünftigen Änderungen ist ein dendroökologischer und genetischer Ansatz erforderlich. dessen Ergebnisse in ein räumlich explizites Simulationsmodell einfließen, welches Merkmalsanpassungen der Bäume zulässt.Hypothesen: (1) Mit der schnellen Erwärmung vergangener Jahrzehnte erwarten wir im Ural eine Beschleunigung von strukturellen Änderungen der Baumbestände an der Baumgrenze, die auch vom regionalen Klima und Standortbedingungen abhängen. (2) Obwohl die Samenausbreitung auf langen Zeitskalen ausreichend ist und die Baumgrenze nach oben wandert, führt die dominierende kurze Reichweite Strategie der Reproduktion zu genetischer Isolation. (3) Das dadurch verminderte Anpassungspotential schränkt die Reaktionsfähigkeit primär klimabedingter Baumgrenzdynamiken ein.Ansatz: Unser Projekt kombiniert molekular- und dendrochronologische Analysen und nutzt die Ergebnisse für das individuenbasierte und räumlich-explizite Simulationsmodell LAVESI. Wir haben sechs permanente Baumgrenztransekte im Ural ausgewählt, die durch sommergrüne Lärchenwälder dominiert sind. Die geplanten Wiederholungen von vorangegangenen Aufnahmen zu Baumpositionen und Populationskenngrößen ermöglichen es uns, Zeitreihenanalysen zur Baumgrenzwanderung durchzuführen. Dendroökologische Methoden lassen uns klimatische Steuerfaktoren identifizieren und räumliche Reaktionsmuster untersuchen (WP1). Wir werden auf den Transekten und in der Umgebung Individuen genotypisieren, um effektive Samenausbreitung durch Elternschaftsanalysen sowie genetischen Austausch in der Landschaft und Populationsgenetik aufzudecken (WP2). LAVESI wird weiterentwickelt um durch Simulationen von Transekten über Millennia den Einfluss der in die Migrationsdynamiken involvierten Prozesse besser zu verstehen, besonders der Merkmalsanpassung. Mit diesem Modell können zukünftige Populationsdynamiken und Migrationsraten vorhergesagt werden (WP3). Abschließend werden wir unsere Erkenntnisse der Baumgrenzreaktion nutzen und Konsequenzen des Klimawandels sowie Anpassungsstrategien an diesen diskutieren (WP4).Forschungsteam: Das Deutsch-Russische Forschungsteam bietet außergewöhnliche jahrzehntelange Datensätze und Expertisen zu Feldarbeit, und molekularbiologische Methoden zu Baumgrenzdynamik sowie individuenbasierte Modellierung von Bäumen in arktischen Regionen. Erwarteter Einfluss: Das neu geschaffene Verständnis über Rückkopplung der Baumgrenzwanderung und Anpassungsprozessen mit der Klimaerwärmung, nutzen wir, um Anpassungsstrategien für die Zukunft abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Dr. Valeriy Mazepa, bis 3/2022; Dr. Pavel Moiseev, bis 3/2022