Aktuelles

Die Stiftung Geobotanisches Forschungsinstitut unterstützt aktuell folgende Projekte:

Habitatverlust und genetische Vielfalt in Raum und Zeit am Beispiel des Scheiden-Wollgrases

Kurzbericht zur Doktorarbeit von Gabriel Ulrich, angegliedert an eine Pilotstudie für ein Monitoring der genetischen Vielfalt in der Schweiz (https://gendiv.ethz.ch/)
Biodiversität besteht aus den drei Ebenen Lebensraumvielfalt, Artenvielfalt und genetische Vielfalt. Innerartliche genetische Vielfalt ist das Rohmaterial, worauf natürliche Selektion wirken kann und stellt somit die Grundlage für die Evolution dar. Sie bildet die Basis für die Anpassung von Arten und Populationen an eine sich verändernde Umwelt. Grosse und durch Genfluss verbundene Populationen zeichnen sich durch eine höhere genetische Vielfalt aus als kleine und isolierte. Schrumpfende Populationsgrössen und der Verlust der Konnektivität von Habitaten sind die Hauptursachen, die zum Verlust von genetischer Vielfalt führen können.

In einem Teil meiner Doktorarbeit erforsche ich den Zusammenhang zwischen zeitlicher Veränderung der Habitate und der genetischen Vielfalt des Scheiden-Wollgrases (Eriophorum vaginatum). Dazu vergleiche ich genetische Daten von historischen und kontemporären Individuen, um Veränderungen der genetischen Vielfalt zu messen. Zudem modelliere ich Habitatveränderungen im Zeitraum, der durch die genetischen Proben abgedeckt wird, um den Zusammenhang zwischen Habitatveränderung und Veränderung der genetischen Vielfalt zu verstehen. Das Scheiden-Wollgras kommt überwiegend in Hochmooren vor. Hochmoore und Moore allgemein sind in der Schweiz in den letzten Jahrhunderten aufgrund von Torfabbau und Trockenlegung für landwirtschaftliche Nutzung in grossem Ausmass zerstört worden. Die damit einhergehende Reduktion der Grösse und Konnektivität von Populationen von Hochmoorarten wie dem Scheiden-Wollgras könnte zu einer starken Reduktion der genetischen Vielfalt in solchen Arten geführt haben. Ob und inwiefern dies der Fall ist, untersuche ich mittels historisch-kontemporären Vergleichen von Proben, die vom gleichen Standort kommen. Bei den historischen Belegen gibt es in der Regel pro Standort nur einen Beleg. Im Sommer 2022 wurden nun kontemporäre Proben an den gleichen Standorten von jeweils 10 Individuen genommen. Mit Proben vom gleichen Standort, aber aus unterschiedlichen Zeithorizonten zu arbeiten, erlaubt es nicht nur räumliche, sondern auch zeitliche Unterschiede der genetischen Vielfalt zu messen. 

Wir haben im Sommer 2022 insgesamt 187 verschiedene Standorte in der ganzen Schweiz zwischen 370 m bis 2300 m.ü.M besucht. An 131 dieser Standorte konnten wir das Scheiden-Wollgras auffinden und beproben. Die meisten Orte, von denen wir historische Nachweise haben, aber bei unserer Feldarbeit die Art nicht mehr gefunden wurde, liegen im Mittelland. Dies entspricht der Erwartung, da im Mittelland die meiste Moorfläche wegen der landwirtschaftlichen Intensivierung, Zunahme der Bevölkerungszahl und des Abbaus von Torf verloren ging. Die anspruchsvollen Extraktionen des Erbguts (DNA) der historischen Proben des Scheiden-Wollgrases sind nun abgeschlossen und die genetischen Daten konnten generiert werden. Somit hat nun die Analyse der genetischen Daten begonnen. Wir können die typischen Degradationsmuster der DNA beobachten, die die extrahierte DNA als historische DNA verifizieren, aber gleichzeitig die weiteren Analysen deutlich erschweren. Die typischen Muster beinhalten starke Fragmentierung der DNA und Änderung der Basen an den Enden der Fragmente (Deaminationen).

Ich erarbeite nun eine Analyseprozedur die es erlaubt, genetische Vielfalt in den historischen Proben zu quantifizieren und mit den modernen Proben zu vergleichen. In einem nächsten Schritt werde ich die Veränderung der Habitate des Scheiden-Wollgrases mittels historischen und kontemporären Umweltdaten modellieren, um den Zusammenhang zwischen Habitatveränderung und Veränderung
der genetischen Vielfalt besser zu verstehen.

Im vergangenen Sommer unterstützte die Rübel-Stiftung die Arbeit von Dr. Alana Chin, die sich für die Fähigkeit von Bäumen, Wasser über ihre Rinde aufzunehmen interessiert. Das kann den Bäumen helfen, Trockenheits- und Frostschäden zu reparieren, welche verschiedene Schweizer Baumarten in den durch den Klimawandel wärmeren und trockeneren Sommern erleiden. Bis anhin konzentrierten sich die meisten Studien auf die Blätter der Bäume, Dr. Chin konzentriert sich jetzt auf die Wasseraufnahme über die Rinde. Zu diesem Zweck sammelten Dr. Chin und ein Forschungsassistent mit einer 2 m hohen Steinschleuder Zweige ein, brachten fluoreszierende Tracer an diesen Zweigen an, um die Wasserbewegung über die Zweige zu verfolgen, und massen weitere anatomische Merkmale, um zu verstehen, wie das Wasser von sechs verschiedenen Schweizer Baumarten aufgenommen wurde. Sie fand grosse Unterschiede zwischen den Arten in Bezug auf die Wasseraufnahmefähigkeit sowie Hinweise darauf, dass sich die Wasseraufnahmewege zwischen den Baumarten unterscheiden. Dr. Alana Chin erhielt ein ETH-Stipendium auf der Grundlage dieser Arbeit, die sie kürzlich auch zur Veröffentlichung eingereicht hat. Dr. Chin sagt: “I am very grateful for the support of the Rübel Foundation, without which it would not have been feasible to collect this important data for as many tree species.”
 

Im Herbst 2022 besuchte uns Dr. Elizabeth Wolkovich von der University of British Columbia. Wir arbeiten derzeit an einem Übersichtsprojekt, um herauszufinden, wie und wann längere Vegetationsperioden das Baumwachstum steigern, und entwerfen Experimente, die diese Frage beantworten können. Dieses Thema hat grosse Auswirkungen auf die Wälder der Zukunft und das Ausmass des zukünftigen Klimawandels selbst, und wir setzen diese Arbeit fort, indem wir mit einem internationalen Team von Mitarbeiter:innen eine Übersichtsarbeit verfassen. Zweigquerschnitt zur Messung der Wasseraufnahme. Rote Flecken zeigen gesundes, unbeschädigtes Gewebe. Ausserdem haben wir ein neues internationales Experiment initiiert (das in unseren jeweiligen Institutionen in Kanada und der Schweiz durchgeführt wird), um einige der Ideen aus unseren gemeinsamen Diskussionen zu testen. Dieses Projekt wäre ohne die ausführlichen und persönlichen Gespräche zwischen Dr. Wolkovich und den Mitgliedern der Pflanzenökologie-Gruppe nicht möglich gewesen. Dr. Wolkovich bedankt sich mit diesen Worten: “Many thanks to Rübel Foundation for supporting my sabbatical visit to the Plant Ecology Group whichhas been pivotal for my research program by allowing us to build a new collaborative line of inquiry with the
Plant Ecology Group”.

 

Dr. Sarah Richman untersucht auf unseren experimentellen Flächen auf dem Calanda (GR) die Biodiversität von alpinen Pflanzen und deren Bestäubern und will herausfinden, wie diese durch den Klimawandel beeinflusst werden könnten. Dabei setzt sie verschiedene neue Technologien ein. So untersucht sie beispielsweise, wie sich die Ernährung der Bienen unter verschiedenen Umweltbedingungen verändert, indem sie die von den Bienen gesammelten Pollen mittels DNA-Metabarcoding identifiziert. Ebenso setzt sie Wildkameras und Ansätze des maschinellen Lernens (künstliche Intelligenz) ein, um Wildblumen auf Bildern zu identifizieren. Das ermöglicht uns festzustellen, wie sich die Pflanzen- und Bestäuberarten im Laufe der Vegetationsperiode und in verschiedenen Mikrohabitaten (z. B. Wald und Wiese) verändern. Die Rübel-Stiftung ermöglichte diese Arbeit, indem sie die Reisen ins Feld und die Feldassistent:innen unterstützte. Darüber hinaus trug die Rübel-Stiftung zu unserem Lehrauftrag bei, indem sie eine Masterstudentin der ETH Zürich (Caterina Massa) unterstützte, die mit Dr. Richman zusammengearbeitet hat. Caterina untersucht, wie sich die Körpergrösse von Bienen in verschiedenen Höhenlagen unterscheidet.