Institute und Experten

Im Blickpunkt der Erforschung des „Raumschiffs Erde“ steht derzeit das globale Klimasystem und insbesondere dessen anthropogene Beeinflussung. Hierzu werden globale Erdsystemmodelle mit einer wachsenden Anzahl von Komponenten, wie z.B. der Vegetation oder der marinen Biosphäre, entwickelt, um Vorhersagen über die Klimaentwicklung des Systems zu machen. Die Beschreibung der Variabilitäten des Paläoklimas stellt dabei einen wesentlichen Beitrag zur Evaluierung dieser Modelle dar. Besonders interessant ist hierbei die Untersuchung der Klimaveränderungen auf den Kontinenten, da diese weitaus stärker ausfallen, als in marinen Systemen. Allerdings fehlen bisher in den zu untersuchenden Regionen oftmals geeignete terrestrische Marker, die als Proxy für das Paläoklima verwendet werden können. Deshalb wurde untersucht, ob chemische Fossilien von Pflanzen und Algen, die selbst noch in Sedimenten aus dem Paläozoikum vorkommen, genutzt werden können, um direkte Aussagen zum Klimageschehen zu machen. Es konnte gezeigt werden, dass der Gehalt an schwerem Wasserstoff, Deuterium, in diesen Markern sehr gut geeignet ist, um als neuer Proxy zur Beschreibung des Paläoklimas zu dienen.

Während eine positive Rolle von Artendiversität auf Ökosystemleistungen gut belegt ist, ist die Funktion genetischer Vielfalt einzelner Arten experimentell weitgehend ungeklärt. Viele hochproduktive aquatische Pflanzengemeinschaften bestehen natürlicherweise aus wenigen oder nur einer Art. Um dieses Paradox zu klären, manipulierten Wissenschaftler des MPI für Limnologie in einem Freilandexperiment die genotypische Vielfalt des Großen Seegrases Zostera marina. Das Experiment fand im Jahr 2003 in der Ostsee statt. Während einer langen Hitzewelle erreichten die Wassertemperaturen über 25°C und führten zu erheblicher Hitzestress-Mortalität bei Flachwasseroganismen. Solche Bedingungen können als Modell für vorhergesagte Klimaänderungen (‚global change’) dienen. Nach der Hitzewelle erholten sich genetisch diverse Seegrasflächen schneller und wiesen am Ende der Wachstumssaison eine höhere Biomasse sowie höhere Häufigkeiten von seegrasbewohnenden Invertebraten auf als genetische Monokulturen. Die positiven Effekte genetischer Diversität waren dabei auf echte Diversitätseffekte (Komplementarität) und nicht auf die Dominanz einzelner besonders widerstandsfähiger Genotypen zurückzuführen. Diese Erkenntnisse unterstützen nachdrücklich, dass nicht nur Artenvielfalt, sondern auch genetische Vielfalt innerhalb von Arten geschützt werden sollte. Für genotypische Diversität konnte eine analoge Rolle zur Arten-Diversität nachgewiesen werden. Damit kann die Funktion genetischer Diversität in bestehende ökologische Theorien zur Funktion von Artenvielfalt eingebettet werden.

Seit Beginn der industriellen Revolution sind aufgrund der starken Nutzung fossiler Energieträger, intensiven Ackerbaus und des wachsenden Bevölkerungsdrucks die atmosphärischen Konzentrationen der Treibhausgase Kohlendioxid, Methan und Lachgas dramatisch angestiegen. Die Verbrennung fossiler Energieträger und von Biomasse setzt zusätzlich auch große Mengen an Aerosolen (=in der Atmosphäre dispergierte Kolloid oder Flüssigkeitströpfchen) frei, insbesondere Schwefeldioxid, Ruß und organische Kohlenwasserstoffe. Aerosole streuen Sonnenlicht und wirken daher auf das System Erde-Atmosphäre abkühlend. Ruß hingegen absorbiert Sonnenlicht und übt daher einen erwärmenden Einfluss aus. Durch die Einführung von Umweltschutzmaßnahmen ist die Emission von Schwefeldioxid zurückgegangen während die Emission von Rußpartikeln weiter im Ansteigen begriffen ist. Im Gegensatz zu Kohlendioxid- und Schwefeldioxidemissionen übertrifft der Anteil der Freisetzung von Ruß in den sich entwickelnden den Anteil in den entwickelten Staaten. Zukunftsszenarien für das 21. Jahrhundert zeigen eine Abnahme der Aerosolemissionen in Europa und Nordamerika und eine Zunahme in den Regionen der niederen Breiten. Basierend auf diesem Szenario haben wir mit dem MPI-Erd-System-Modell Klimasimulationen durchgeführt. Die Verschiebung der Hauptemissionsgebiete zu niederen Breiten hin führt zu geringerer Erwärmung und zu höheren Bodenwassergehalten in den stark verschmutzten Regionen und zu stärkerer Erwärmung und größerer Trockenheit in den Gebieten mit abnehmenden Aerosolemissionen.

Unser langfristiges Ziel ist es, die genetischen Unterschiede, die sich auf wichtige Merkmale wie Samenruhe und Pflanzenwachstum auswirken, bei Wildformen von Arabidopsis zu bestimmen. Genauere Informationen über die genetischen Unterschiede werden dazu beitragen, die Ursachen für die Anpassung bestimmter Varianten an spezifische Umweltbedingungen herauszufinden und die Kenntnisse der genetischen Grundlagen dieser Merkmale in der Pflanzenzüchtung zu nutzen.

Die Missionen Cluster und Double Star ermöglichen erstmals koordinierte Messungen in der Magnetosphäre der Erde mit bis zu 6 Satelliten. Cluster liefert dabei Daten von 4 in einer Tetraeder-Formation fliegenden Satelliten für Abstände von ~100 bis ~20000 km. Diese werden durch die beiden Double Star-Satelliten in polarer und äquatorialer Umlaufbahn ergänzt.