Im Mittelpunkt unserer Forschung stehen Entstehung, Verteilung, Zustand und Erhaltung von Biodiversität auf verschiedenen räumlichen (Landschaft, Habitat, Population, Genom) und zeitlichen (Vergangenheit, Gegenwart) Ebenen. Dabei verbinden wir freilandökologische Ansätze (Landschafts-, Vegetations- und Populationsanalysen) mit molekularbiologischen Methoden zur Erfassung genetischer und epigenetischer Variation (SSR-, AFLP-, MSAP- und MIG-Seq-Analysen), um aktuelle Forschungsfragen zu klären. Ein besonderes Anliegen ist in diesem Zusammenhang die Verknüpfung wissenschaftlicher Forschung mit der naturschutzfachlichen Praxis, um damit einen Beitrag zur langfristigen Erhaltung der biologischen Vielfalt zu leisten.
Vegetations-, Restaurierungs- und Populationsökologie
1 In diesem Forschungsfeld beschäftigen wir uns schwerpunktmäßig mit dem Einfluss des Landnutzungswandels auf die Biodiversität in der Kulturlandschaft Mitteleuropas, der sich unter anderem im Verlust und der qualitativen Veränderung von artenreichen Lebensräumen äußert und mit einem Rückgang der Artenvielfalt verbunden ist. Wir analysieren der Rückgang von Lebensräumen auf der Landschaftsebene mittels Geographischer Informationssysteme (GIS) und untersuchen die Veränderung der Vegetationszusammensetzung aufgrund von Nutzungsintensivierung oder -aufgabe. Darüber hinaus befassen wir uns mit den Auswirkungen der Restaurierung von artenreichen Grünlandbeständen durch Ansaat von Saatgutmischungen und mit dem Monitoring der angesäten Bestände anhand von Dauerbeobachtungsflächen. Ein weiterer Schwerpunkt ist der Einfluss des Landnutzungswandels auf die Struktur der Pflanzenpopulationen (z.B. Populationsgröße und -alter) innerhalb der Lebensräume und die Frage wie dieser qualitativ und quantitativ erfasst werden kann. Schließlich befassen wir uns mit der Veränderung alpiner Vegetation unter den Bedingungen des Klimawandels.
Molekulare Biogeographie, Landschaftsgenetik und Sippendifferenzierung
In Zentrum dieses Forschungsfelds steht die Analyse genetischer Variation als essentieller Komponente der Biodiversität im Kontext der Landschaftsgeschichte und -struktur. Von besonderem Interesse ist dabei die (post-)glaziale Wiederbesiedlungsgeschichte Mitteleuropas und die Phylogeographie heimischer Pflanzenarten. Da sich die Veränderung der Landschaftsstruktur in historischer Zeit ebenfalls auf die genetische Variation der Pflanzenarten auswirkt, befassen wir uns im Rahmen dieses Forschungsfelds zudem mit dem Einfluss von Lebensraumalter, Fragmentierung, Isolation und Landnutzung auf die genetische Variation von Pflanzenarten in der Kulturlandschaft. Eine besondere Rolle spielt dabei die Einbeziehung von historischem Pflanzenmaterial aus Naturkundlichen Sammlungen (Herbarmaterial) und die Verwendung von Material aus DNA-Sammlungen für diese Untersuchungen. In einem aktuellen Vorhaben analysieren wir die zeitliche Veränderung der genetischen Variation in der Kulturlandschaft durch den Vergleich früherer und aktueller Proben des Ackerwildkrauts Sherardia arvensis mittels Next-Generation-Sequencing (MIG-Seq). Dazu wird Material aus unserer DNA-Sammlung verwendet, die mittlerweile über 38.000 Proben von 184 Arten enthält. Weil Differenzierungsprozesse auf genetischer Ebene letztlich bis zur Entstehung neuer Arten führen können, setzen wir uns zudem mit der Sippendifferenzierung in den Gattungen Hieracium und Taraxacum auseinander, die in der Kulturlandschaft eine besondere adaptive Radiation erfahren haben.
2 Naturschutz- und Restaurierungsgenetik
3 Schwerpunkt dieses Forschungsfelds ist die Untersuchung seltener und gefährdeter Pflanzenarten und der Naturschutzmaßnahmen zur Erhaltung der betreffenden Populationen. Besonders im Fokus des Interesses steht dabei die Frage wie sich der Zustand der In situ-Populationen, die Aufsammlung von Saatgut im Feld, die Ex situ-Erhaltung in Saatgutgenbanken oder Erhaltungskulturen und die anschließende Wiederansiedlung auf die genetische Variation und Fitness der Populationen gefährdeter Arten auswirken. Die natürliche genetische Struktur bildet dabei die Grundlage für alle sich anschließenden naturschutzfachlichen Maßnahmen, mit der Zielsetzung die negativen Effekte von In- und Auszucht zu vermeiden. Außerdem befassen wir uns ausführlich mit der Ex situ-Erhaltung, die eine wichtige Rolle als zentrale Naturschutzmaßnahme in verschiedenen Vorhaben zum Aufbau von Saatgutgenbanken (WEL, Bayern Arche, WIPS) spielt. Die natürliche genetische Struktur von Pflanzenarten stimmt nicht notwendigerweise mit den biogeographisch-naturräumlichen Verbreitungseinheiten überein, die für die Ex situ-Erhaltung in Genbanken und die Erzeugung von gebietseigenem Saatgut zugrunde gelegt werden, weswegen wir uns in einem aktuellen Forschungsvorhaben ausführlich mit den populationsgenetischen Grundlagen zur Abgrenzung dieser Herkunftsregionen auseinandersetzen. In einem weiteren Vorhaben gehen wir zudem der Frage nach welche und wie viele Populationen bzw. Individuen besammelt werden müssen, um die genetische Variation der Arten in der Ex-situ-Erhaltung abzubilden und wie sich diese langfristig auf die genetische Variation auswirkt. Besonderes Interesse finden auch die Auswirkungen der Stützung bzw. Wiederansiedlung von Populationen gefährdeter Arten. Die Anzucht und Ausbringung von Pflanzenmaterial unter Berücksichtigung naturschutzgenetischer Aspekte kann die Individuenzahl, Fitness und genetische Variation gefährdeter Arten deutlich erhöhen und zu einer Stabilisierung der Arten beitragen. Im Mittelpunkt verschiedener Vorhaben steht daher die Frage, ob sich die Wiederansiedlung von Material aus weiter entfernten Populationen positiv oder negativ auswirkt. Dafür finden unter anderem Kreuzungsexperimente statt.
Ökologische Genetik und Epigenetik
Im Rahmen dieses Forschungsfelds setzen wir uns mit dem Einfluss der Umweltbedingungen und der lebensgeschichtlichen Merkmale von Pflanzen auf die genetische und epigenetische Struktur der Arten und ihrer Populationen auseinander. Im Mittelpunkt steht der Einfluss natürlicher Umweltfaktoren wie Klima, Bodenfeuchtigkeit oder Störung entlang von Gradienten in Gebirgen, in Mooren oder an Flüssen und der Einfluss anthropogener Umweltfaktoren wie Mahd, Weide, Herbizide oder Klettern in der Kulturlandschaft. Neben genetischen Techniken setzen wir dabei zunehmend auch epigenetische Analysemethoden ein. Da sich die biologischen Merkmale der Pflanzen ebenfalls auf deren genetische Struktur auswirken, befassen wir uns in diesem Forschungsfeld auch mit der Bedeutung der sexuellen und asexuellen (klonalen) Fortpflanzung auf die genetische Variation innerhalb und zwischen Populationen. Neben Einzelfallstudien spielen Metastudien dabei eine wichtige Rolle. Wir erheben kontinuierlich Literaturdaten zur genetischen Variation und integriere diese in eine Datenbank für Metaanalysen, welchen breitere Aussagen über den Zusammenhang zwischen den lebensgeschichtlichen Merkmalen der Arten und ihrer genetischen Variation ermöglichen. Schließlich gehen wir im Rahmen dieses Forschungsfelds auch der Frage nach, ob Artenvielfalt und genetische Vielfalt als zentrale Elemente der Biodiversität vergleichbaren Mechanismen folgen und wie mögliche Zielkonflikte zwischen unterschiedlichen Ebenen der Biodiversität im praktischen Naturschutz berücksichtigt werden können.
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Fotos: 1, 2, 3, 4, Christoph Reisch