Innerartliche Variation von Baumarten in der Reaktion auf den Klimawandel - PD Dr. Jürgen Kreyling

Innerartliche Variation von Baumarten in
   der Reaktion auf den Klimawandel

                           PD Dr. Jürgen Kreyling

Prognosen: Arten im Klimawandel
                                          % Artenverlust bis 2100
Ø Verlust von 15–37% der Taxa
   bis 2050
  (Thomas et al. 2004 Nature)

Ø Verlust von 27–42% aus 1 350
   Europäischen Pflanzenarten
   bis 2100
   Artenturnover pro Pixel: 45–63%
  (Thuiller et al. 2005 PNAS)

                  Relevanz von innerartlicher Variabilität?

                                                   Thuiller et al. (2005) PNAS

Verbreitungsmodellierung
klassisch:                    Berücksichtigung von innerartlicher Variabilität
„Art“                          „Unterarten“           „Transferfunktion“
•Vorkommen im heutigen           •Analog zu “Arten” aber für        •Wuchs über
Klima                            jede Unterart einzeln              Klimatransferfunktionen
•Transfer des                    (Pearman et al. 2010)              (O’Neill et al. 2008)
Zusammenhangs von                                                   •Illingworth trial (132 Herkünfte
Klima und Vorkommen auf                                             an 42 Standorten; 35a)
zukünftiges Klima                                                   •Logistische Regression auf
•MaxEnt (Elith et al. 2011)                                         Vorkommen

                                                                      Bsp: ein Standort & mittlere
                                                                      Temperatur des kältesten Monats
                              Oney, Reineking, O‘Neill, Kreyling (2013) Ecology & Evolution

Verbreitungsmodellierung

Pinus contorta
Monashee Mts,
British Columbia

                          Oney, Reineking, O‘Neill, Kreyling (2013) Ecology & Evolution

Verbreitungsmodellierung
                     ohne Ausbreitungslimitierung                ohne Ausbreitung

                                                            Transferfunktion
                                                Unterarten

                                                              Art

Pinus contorta
Monashee Mts,
British Columbia
                             innerartliche Variabilität ist wichtig
                   klassische Verbreitungsmodellierung zu pessimistisch
                              (für Arten mit weiter Verbreitung)
                                Oney, Reineking, O‘Neill, Kreyling (2013) Ecology & Evolution

Anpassung an Klimawandel

       Gibt es Unterschiede zwischen Herkünften in der
                Reaktion auf Klimaereignisse?

Heutige Verbreitung: EUFORGEN (2009)
Klimaäquivalente (heute (worldclim Hijmans et al. 2005) zu REMO-BfG (MPI-M Hamburg); SRES: A1B)
Bayreuth 2100): Mitteltempemperatur +/- 0.5°C, kältere Wintertemperatur, niedrigerer Sommerniederschlag)
                                                        Kreyling et al. (2012) Restoration Ecology

Pinus nigra

                                               	
                                                    	
  

                                               	
                                                    	
  

Figure 6: Phenotypes of Pinus nigra from France, Italy, Germany, and Croatia at an age of 3 years.
The black ruler displays a total height of 25 cm (see Manuscript 10 for further information).	
  

Dürre & Erwärmung

   Herkunftsunterschiede
  keine lokale Anpassung

              Thiel et al. (2012) Forest Ecology and Management

P. nigra: Winterfrost

hohe innerartliche Variabilität, lokale Anpassung
      => genetische Komponente
Klimamanipulation ändert Frosthärte
      => individuelle Plastizität

Method:
Relative Electrolyte Leakage
frost hardiness = LT50

                               Kreyling et al. (2012) Environmental and Experimental Botany

P. nigra: Winterfrost

             across
              prov.

                      Innerartliche Variabilität übersteigt
                      lokale zwischenartliche Variabilität
ANOVA:
Artunterschied (juvenile lowland): F = 2.0; p = 0.163
Altersunterschied (juvenile vs. adult, P. abies and P. sylvestris): F = 2.6; p = 0.046
Umwelt (highland vs. lowland, P. abies and P. sylvestris): F = 7.4; p = 0.026
                                      Kreyling et al. (2012) Environmental and Experimental Botany

Fagus sylvatica

            Kreyling et al. (2012) European Journal of Forestry

Dürre & Erwärmung

Herkunftsunterschiede,
keine lokale Anpassung

                         Nagy et al. (in review)

Spätfrost

                                                                        late frost
                                                                        26.05.2010

 Hohe innerartliche Variabilität
Lokale Anpassung an Spätfrost

                  Kreyling et al. (2012) European Journal of Forestry

Spätfrost & Erwärmung

                                                                               late frost
                                                                               26.05.2010

       Interaktion von Klimaparametern!
Hier über phänologische Unterschiede (2 Tage)

                         Kreyling et al. (2012) European Journal of Forestry

F. sylvatica II: Dürre

                         Thiel et al. (in review)

F. sylvatica II: Dürre

         Hohe innerartliche Variabilität
z.T. lokale Anpassung an Sommertrockenheit

                                 Thiel et al. (in review)

F. sylvatica II: Winterfrost

        Hohe innerartliche Variabilität
lokale Anpassung an Winterfrost besonders in
                                                       Winterfrost:
           marginalen Herkünften                       -16°C bis -19°C

                                        Kreyling et al. in review

Bestangepasstheit
Hängt ab von:
Øbetrachteten Klimaparametern
ØInteraktion von Klimaparametern
ØBiotischen Interaktionen (unklar)
ØUnsicherheiten in der Klimaprognose

 Fokus auf bester Anpassung nicht vielversprechend
 => Innerartliche Vielfalt erhalten und fördern?

Erhöhung innerartlicher Diversität
Portfolio Effekt:
Øerhöhte Sicherheit
Øgeringere Chance auf sehr hohe Erträge

                                           Dolos et al. (in review)

Erhöhung innerartlicher Diversität
                      Portfolio & positive
                      Dichteregulierung              Portfolio

Portfolio Effekt und Dichteregulierung
•erhöhte Sicherheit
•verbesserte Chance auf sehr hohe Erträge

                                             Dolos et al. (in review)

Erhöhung innerartlicher Diversität
offene Fragen:
•Zusammenhang von natürlicher Dichteregulierung und
Performanz im Klimawandel
•outbreeding depression nach Hybridisierung
•genetische Überschwemmung von lokalen Anpassungen

                                       Dolos et al. (in review)

Schlussfolgerungen
Ø Variabilität innerhalb von Arten ist hoch
  (übersteigt lokal die zwischenartliche Variabilität)
Ø vererbte Komponente
  Lokale Anpassung und Unterschiede zwischen Herkünften
Ø plastische Komponente
  Einfluss des rezenten Klimas (hier: Klimamanipulationen)
Ø Anpassung eher an Frost als Dürre oder Mitteltemperatur
Ø Fokus auf bestangepasster Herkunft wegen Unsicherheiten in
   der Auswahl unattraktiv
Ø Erhalt und Erhöhung von genetischer Vielfalt als Chance für
   Anpassung an Klimawandel (Portfolio Effekt)

Danke für die Aufmerksamkeit!