
Ökosysteme in Deutschland stehen unter beispiellosem Druck: Wissenschaftler schätzen, dass wir in den nächsten Jahrzehnten bis zu 30 Prozent unserer einheimischen Arten verlieren könnten, weil sie sich nicht an veränderte Umweltbedingungen anpassen können. Tatsächlich ist bereits heute ein Viertel der hiesigen Pflanzen-, Pilz- und Tierarten in seinem Bestand gefährdet. Der Klimawandel verändert unsere Lebensräume grundlegend und zwingt Arten zu drastischen Überlebensstrategien.
In diesem Artikel untersuchen wir, was Ökosysteme ausmacht und welche Ökosysteme es gibt. Wir betrachten sowohl terrestrische Ökosysteme wie Wälder und Gebirge als auch aquatische Ökosysteme wie Flüsse und Seen. Darüber hinaus analysieren wir die drei Reaktionswege, mit denen Arten auf Klimaveränderungen reagieren, und zeigen konkrete Anpassungsstrategien auf.
Was sind Ökosysteme und welche Typen gibt es
Ökosysteme Definition und grundlegende Funktionen
Ein Ökosystem bezeichnet einen dynamischen Komplex von Gemeinschaften aus Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen sowie deren nicht lebender Umwelt, die als funktionelle Einheit in Wechselwirkung stehen. Diese Beziehungsgefüge umfassen sowohl die Lebensgemeinschaft (Biozönose) als auch den Lebensraum (Biotop). Entscheidend ist: Ökosysteme sind offen und tauschen kontinuierlich Energie und Stoffe mit ihrer Umgebung aus.
Die Größe eines Ökosystems unterliegt keiner festen Vorgabe. Ein sich zersetzender Baumstumpf kann ebenso als Ökosystem verstanden werden wie der gesamte Wald, in dem er steht. In Deutschland wurden 72 verschiedene Ökosystemklassen identifiziert, die von Wattflächen über Wald- und Agrarlandschaften bis hin zu Almen reichen. Diese Systeme erbringen vielfältige Leistungen wie Kohlenstoffspeicherung, Nahrungsmittelbereitstellung und Naherholungsfunktionen.
Terrestrische Ökosysteme: Wälder, Grasland und Gebirge
Waldökosysteme gelten als die produktivsten Landökosysteme. Sie haben neben den Meeren den größten Einfluss auf das globale Klima und fungieren als Sauerstoffproduzenten und CO2-Senken. Wälder zeichnen sich durch eine charakteristische Schichtung aus, die vom Wurzelbereich über Boden-, Kraut- und Strauchschicht bis zur Baumschicht reicht. Weltweit sind höchstens noch 25 Prozent aller Landökosysteme intakt.
Grasland-Ökosysteme bedecken eine Fläche von 52,5 Millionen km² und machen damit rund 40,5 Prozent der Landoberfläche der Erde aus. Sie speichern etwa 34 Prozent des terrestrischen Kohlenstoffs, wobei etwa 90 Prozent dieses Kohlenstoffs unterirdisch als Wurzelbiomasse und organischer Bodenkohlenstoff aufbewahrt wird. Natürliche Grasländer entstehen in gemäßigten Bereichen als Steppen, während sie in den Tropen und Subtropen als Savannen auftreten.
Aquatische Ökosysteme: Flüsse, Seen und Feuchtgebiete
Flüsse sind komplexe und dynamische Ökosysteme, die sich ständig verändern. Sie schaffen entlang ihres Laufs ein Mosaik unterschiedlichster Lebensräume und dienen als Korridore zwischen Land und Meer. Allein in den nationalen Auengebieten können rund 80 Prozent aller Tierarten vorkommen. Jedoch stehen 71 Prozent der Gewässertypen auf der Roten Liste, und etwa 85 Prozent der Ufer und Feuchtgebiete sind bedroht.
Bedeutung der Biodiversität für Ökosystemstabilität
Biodiversität umfasst nicht nur die Anzahl der Arten, sondern auch die genetische Vielfalt innerhalb dieser Arten und die Vielfalt der Lebensräume. Flächen mit nur ein bis zwei Arten erlitten bei klimatischen Extremereignissen einen Produktivitätseinbruch von bis zu 50 Prozent, während artenreichere Flächen (16 bis 32 Arten) nur Produktivitätseinbußen von maximal 25 Prozent aufwiesen.
Drei Reaktionswege: Wie Arten auf Klimaveränderungen reagieren
Grundsätzlich stehen Arten drei Reaktionswege zur Verfügung, wenn sich ihre Umweltbedingungen durch den Klimawandel verändern: Migration zu neuen geeigneten Lebensräumen, Anpassung durch phänotypische Plastizität oder genetische Evolution. Wenn keine dieser Möglichkeiten greift, droht lokales oder vollständiges Aussterben.
Migration in neue Lebensräume und geografische Grenzen
Globale Beobachtungen zeigen, dass sich Arten momentan etwa zehn Meter pro Jahrzehnt einen Berg hinaufbewegen. Würde Tieren und Pflanzen die notwendige Ausbreitung ermöglicht, errechnete eine Studie einen Rückgang der lokalen Aussterbewahrscheinlichkeit von 25 auf 20 Prozent. In vielen Fällen wird dies jedoch nicht möglich sein, da menschliche Infrastruktur sowie natürliche Hindernisse wie Flüsse oder Berge die Wanderung blockieren. Viele Arten werden zudem schlicht nicht in der Lage sein, sich über wenige Jahrzehnte hinweg in andere Gebiete auszubreiten, darunter die meisten Pflanzen, Amphibien und Reptilien. In Gebirgen, wo das Aussterberisiko bei 14,8 Prozent liegt, stoßen Arten schnell an geografische Grenzen. Vögel sind mit 5,5 Prozent insgesamt weniger gefährdet, da ihre Mobilität ihnen oft ermöglicht, neue Lebensräume zu erschließen.
Phänotypische Plastizität als kurzfristige Anpassung
Phänotypische Plastizität beschreibt das Phänomen, dass Individuen mit dem gleichen Genotyp unterschiedliche Phänotypen ausbilden, je nach vorherrschenden Umweltbedingungen. Beim Halsbandschnäpper wurde gezeigt, dass der um zwei bis drei Wochen variierende und an die Vorjahreswitterung gekoppelte Brutzeitpunkt vor allem phänotypisch plastischer Natur ist. Allerdings ist das Potenzial von Tieren und Pflanzen, auf Klimawandel mit phänotypisch plastischen Reaktionen zu reagieren, begrenzt, wenn sich Umweltbedingungen kontinuierlich in eine bestimmte Richtung verändern. Bei Ruderfußkrebsen offenbarten sich nach zwanzig Generationen unter Klimastress-Bedingungen versteckte Kosten: Die Flexibilität ging verloren, als sie zu ursprünglichen Bedingungen zurückkehrten. Die Copepoden waren weniger gesund, produzierten kleinere Populationen und zeigten eine geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber neuen Formen von Stress.

Genetische Evolution und ihre zeitlichen Beschränkungen
Eine evolutionäre Anpassung durch Änderung von Allelfrequenzen kann nur erfolgen, wenn vererbbare genetische Variation in klimarelevanten Merkmalen vorhanden ist. Das zentrale Problem liegt im Timing: Die Evolutionsrate vieler Arten ist im Vergleich zur Geschwindigkeit des Klimawandels zu langsam. Bei Tieren mit mehreren Jahren bis zur Geschlechtsreife kann sich das Klima bereits weiter verschlechtert haben, bevor die Nachkommen überhaupt geboren werden. Gene, die den Eltern halfen zu überleben, sind für die nächste Generation möglicherweise nicht mehr vorteilhaft. Genetische Veränderungen und Artenkreuzungen werden zunehmend beobachtet. So wurde 2023 erstmals eine hybride Vogelart entdeckt, ein Kreuz zwischen Grünhäher und Blauhäher. Der sogenannte Pizzly-Bär, ein Hybride zwischen Eisbär und Grizzlybär, tritt häufiger auf, da Eisbären durch die Erwärmung mehr Zeit an Land verbringen.
Aussterberisiko bei fehlenden Anpassungsmöglichkeiten
Derzeit schätzen Wissenschaftler, dass bis 2050 mehr als zwei Drittel aller Eisbären aussterben werden. Bei exothermen Arten wie Eidechsen, Fröschen oder Fischen führt schnelle Anpassung an höhere Temperaturen oft zu geringeren Populationsgrößen, weil einige Individuen die neuen Bedingungen nicht überleben. Selbst wenn Anpassung gelingt, können kleine Populationen durch Inzucht, schädliche Mutationen oder Krankheiten bedroht werden und letztlich aussterben. In kleinen Populationen kann trotz vorhandener genetischer Variation die adaptive Evolution behindert sein, wenn die Effekte genetischer Drift stärker sind als die Selektion.
Klimastress in terrestrischen Ökosystemen
Verschiebung der Vegetationszonen in Bergregionen
Eine Erwärmung um ein Grad Celsius verschiebt Vegetationszonen um 150 bis 200 Meter nach oben. Am Piz Linard stieg die Artenzahl am Gipfel von einer Art im Jahr 1835 auf 16 Arten im Jahr 2013. Dieser Anstieg markiert allerdings keine positive Entwicklung, sondern eine Umverteilung, die zum Verschwinden alpiner Ökosysteme führt. Kältespezialisierte Arten wie der Alpen-Mannsschild sterben bei höheren Temperaturen ab, da sie ihre Kohlenhydratreserven zu schnell veratmen. Bei kegelförmigen Bergmassiven können Arten nicht weiter aufsteigen, wenn der Berg endet.
Waldökosysteme unter Hitze- und Trockenstress
Das Jahr 2018 lag 1,2 Grad über dem Wert von 2003 und 3,3 Grad über dem Mittel der Jahre 1961 bis 1990. Fichten sind am stärksten betroffen, überraschenderweise erlitten auch Buchen, Weißtannen und Föhren massive Schäden. Lange Trockenperioden verringerten das jährliche Stammwachstum von 3.080 Kilogramm auf 2.760 Kilogramm pro Hektar. Geschwächte Bäume werden anfälliger für Borkenkäfer und Pilze.
Invasive Arten verdrängen heimische Pflanzen
Der Japanische Staudenknöterich erreicht eine Wuchsleistung von bis zu 25 Zentimeter pro Tag. Ein Pflanzenteil von nur sieben Gramm reicht aus, um neue Triebe zu bilden. Das Indische Springkraut produziert 4.000 Samen pro Pflanze und verschleudert diese bis zu sieben Meter weit. Mit jeder verdrängten Pflanzenart verlieren etwa zehn Tierarten ihren angestammten Lebensraum.
Pollenproduktion und veränderte Blütezeiten
Drei Viertel der wilden Pflanzenarten treiben früher aus als vor der Jahrtausendwende. In milden Wintern beginnt der Pollenflug bereits im Dezember. Die Pollensaison endet erst im Herbst durch Spätblüher wie Ambrosia. Eine einzige Ambrosia-Pflanze gibt bis zu eine Milliarde Pollen ab. Bereits sechs Pollenkörnchen pro Kubikmeter Luft lösen allergische Reaktionen aus. Höhere CO₂-Werte führen zu erhöhter Pollenproduktion.
Anpassungsstrategien in aquatischen Ökosystemen
Temperaturanstieg in Flüssen und Seen
Bis zum Ende des Jahrhunderts werden die Wassertemperaturen der Schweizer Flüsse um bis zu 3,5 Grad ansteigen, wenn keine Klimaschutzmassnahmen ergriffen werden. Am stärksten fällt die Erwärmung in alpinen Gewässern aus, die sich ohne Klimaschutzmassnahmen bis zum Ende des Jahrhunderts um 3,5 Grad erwärmen werden. Fast ähnlich stark wird die Erwärmung in Flüssen unterhalb von Seen ausfallen, dort sind es im Extremfall 3,4 Grad. Die Abflussmengen im Sommer werden um 10 bis 40 Prozent abnehmen, was die saisonale Erwärmung der Flüsse noch verstärkt.
Kaltwasserarten unter Druck
Die kalteliebende Bachforelle bevorzugt sauerstoffreiches Wasser, das in den Sommermonaten nur kurzzeitig wärmer als 15 Grad wird. Die letale Temperatur liegt je nach Sauerstoffgehalt bei 25 Grad. Insbesondere die Fischkrankheit PKD bricht bei Bachforellen bei Temperaturen über 15 Grad aus und verläuft meist tödlich. Durch die ganzjährige Erhöhung der Wassertemperatur verschiebt sich die Forellenregion flussaufwärts.
Veränderung der Nahrungsketten
Die Erwärmung der Seen verringert die Interaktionen im Planktonnetzwerk. Es kommt zu weniger Interaktionen und diese sind auch weniger stark. Besonders ausgeprägt ist dieser Rückgang, wenn die Seen gleichzeitig hohe Phosphatwerte aufweisen. Arten aus Feuchtgebieten machen nur rund 30 Prozent aller erfassten Arten aus, sie sind jedoch für fast 70 Prozent aller Verbindungen in Nahrungsnetzen der Schweiz verantwortlich.

Verlust von Feuchtlebensräumen und Amphibien
Elf der 19 heimischen Amphibienarten sind bedroht. Im Jahr 2019 zählten Amphibienhelferinnen und -helfer 40 bis 60 Prozent weniger wandernde Tiere als üblich. Zu geringe Niederschlagsmengen lassen die Feuchtlebensräume und Gewässer austrocknen. Werden die Lurche nach warmen Tagen vom plötzlich auftretenden Frost überrascht, kann dies für sie den Tod bedeuten.
Schlussfolgerung
Klimastress verändert unsere Ökosysteme grundlegend. Arten reagieren mit Migration, phänotypischer Plastizität oder genetischer Evolution, allerdings reicht die Anpassungsgeschwindigkeit oft nicht aus. Terrestrische Systeme erleben Vegetationsverschiebungen und Trockenstress, während aquatische Lebensräume durch Erwärmung und gestörte Nahrungsketten leiden. Letztendlich hängt das Überleben zahlreicher Arten davon ab, ob wir ihnen ausreichend Zeit und Raum zur Anpassung geben. Die Erhaltung der Biodiversität ist dabei der Schlüssel zur Stabilisierung gefährdeter Ökosysteme.
FAQs
Q1. Welche verschiedenen Arten von Ökosystemen existieren? Es gibt terrestrische und aquatische Ökosysteme. Zu den terrestrischen gehören Wälder, Grasland, Gebirge und Steppen. Aquatische Ökosysteme umfassen Flüsse, Seen, Feuchtgebiete und Küstenregionen. In Deutschland wurden 72 verschiedene Ökosystemklassen identifiziert, die von Wattflächen über Waldlandschaften bis hin zu Almen reichen.
Q2. Wie reagieren Arten auf die Veränderungen durch den Klimawandel? Arten haben drei grundlegende Reaktionsmöglichkeiten: Migration in neue geeignete Lebensräume, kurzfristige Anpassung durch phänotypische Plastizität oder langfristige genetische Evolution. Wenn keine dieser Strategien erfolgreich ist, droht lokales oder vollständiges Aussterben der betroffenen Arten.
Q3. Welche Auswirkungen hat der Klimawandel auf Waldökosysteme? Waldökosysteme leiden unter Hitze- und Trockenstress. Lange Trockenperioden verringern das jährliche Stammwachstum erheblich, und geschwächte Bäume werden anfälliger für Schädlinge wie Borkenkäfer und Pilze. Besonders betroffen sind Fichten, aber auch Buchen, Weißtannen und Föhren erleiden massive Schäden.
Q4. Warum sind Amphibien besonders vom Klimawandel bedroht? Elf der 19 heimischen Amphibienarten sind bereits bedroht. Zu geringe Niederschlagsmengen lassen ihre Feuchtlebensräume und Gewässer austrocknen. Zudem können plötzliche Frosteinbrüche nach warmen Tagen für wandernde Amphibien tödlich sein. Die Zahl wandernder Tiere ist bereits um 40 bis 60 Prozent zurückgegangen.
Q5. Wie verändert sich die Vegetation in Bergregionen durch die Erwärmung? Eine Erwärmung um ein Grad Celsius verschiebt Vegetationszonen um 150 bis 200 Meter nach oben. Kältespezialisierte alpine Arten sterben bei höheren Temperaturen ab, während wärmeliebende Arten in höhere Lagen vordringen. Bei kegelförmigen Bergen stoßen Arten jedoch an geografische Grenzen, wenn sie nicht weiter aufsteigen können.












