Dr. Thomas Kiebacher

Weltweit sind durch den globalen Wandel immer mehr Arten vom Aussterben bedroht. Wie können wir diese Arten für die Nachwelt erhalten, auch wenn ihre Umweltansprüche kaum bekannt sind? Eine besondere Verantwortung trägt Detschland für das Rotkäppchenmoos Schistidium spinosum. Diese Art ist gemäß der internationalen Naturschutzorganisation IUCN weltweit vom Aussterben bedroht. In diesem Projekt spannen wir den Bogen zwischen Grundlagenforschung und Naturschutz. Wir untersuchen die Gründe für die Seltenheit und Gefährdung, sowie den genetischen Zustand der Populationen und leiten daraus spezifische Fördermaßnahmen ab. Ziel ist es, in modellhafter Weise aufzuzeigen, wie diese und generell hoch gefährdete Arten durch einen integrativen Ansatz, mit ineinandergreifenden Prozessen und der Zusammenarbeit von Forschung, Behörden und Naturschutzgebieten, zeitnah und nachhaltig stabilisiert werden können.

Förderung: Naturschutzfond Baden-Württemberg

Die epithetische Laubmoosart Orthotrichum philibertii umfasst nach heutigem Wissen mediterrane, sowie disjunkte Vorkommen in Skandinavien, die sehr unterschiedlichen ökologischen Bedingungen ausgesetzt sind. In diesem Projekt untersuchen wir, ob der ökologischen Breite eine genetische und morphologische Differenzierung innerhalb der breit gefassten Art zugrunde liegen. Erste Ergebnisse weisen darauf hin, dass das morphologische Konzept von Orthotrichum philibertii mehrere Arten umfasst.

Die Klimaerwärmung führt zu einer Verschiebung der Verbreitungsgebiete von Arten und zu Veränderungen in der Zusammensetzung der Pflanzengesellschaften. Die Dynamik dieser Veränderungen ist bei Gefäßpflanzen verhältnismäßig gut untersucht. Dagegen ist noch kaum bekannt wie die Artengruppe der Moose auf die veränderten Bedingungen reagiert, obwohl Moose die zweitgrößte Gruppe der Landpflanzen sind und wichtige Ökosystemleistungen erbringen, unter anderem für den Kohlenstoff- und Wasserhaushalt. Da sich Moose in ihren ökophysiologischen Eigenschaften grundsätzlich von Gefäßpflanzen unterscheiden, ist anzunehmen, dass sie auch von der Klimaerwärmung anderes beeinflusst werden. Durch ihre Poikilohydrie stehen sie in direktem Austausch mit der Atmosphäre und reagieren dadurch möglicherweise unmittelbarer auf die laufende Erwärmung. Außerdem besitzen sie im Allgemeinen viel kleinere Verbreitungseinheiten und können dadurch einfacher große Distanzen überwinden und so dem Klima möglicherweise besser folgen.

In einer vergleichenden Studie analysierten wir die Veränderungen von Moos- und Gefäßpflanzengesellschaften in über 1000 Dauerbeobachtungsflächen des Biodiversitätsmonitorings Schweiz (https://biodiversitymonitoring.ch). Diese Untersuchungsflächen umfassen einen Höhengradienten von fast 3.000 m und werden seit 2001 regelmäßig erhoben. Erste Ergebnisse weisen darauf hin, dass die beiden Artengruppen sich in ihrer Reaktion auf die Klimaerwärmung wesentlich unterscheiden und dass dabei die Höhenstufe eine entscheidende Rolle spielt.

Kooperationspartner: Hintermann & Weber AG (Reinach, Schweiz) und der Universität Zürich UZH

Die kosmopolitische Gattung Schistidium Bruch & Schimp. (Grimmiaceae) ist mit ca. 150 anerkannten Taxa eine der artenreichsten Gruppen der Laubmoose. Die meisten Arten sind gesteinsbewohnend und leisten durch ihre Fähigkeit Extremstandorte zu besiedeln sowohl in den Gebirgen der Erde als auch an Sekundärstandorten in urbanen Lebensräumen einen entscheidenden Beitrag zur Biodiversität. In diesem fortlaufenden Forschungsthema untersuchen wir die weltweit unzureichend erforschte Gattung unter verschiedenen Gesichtspunkten.

Unsere Daten zeigen einerseits, dass die aktuellen taxonomischen Konzepte die Artenvielfalt der Gattung weit unterschätzen. Selbst in gut untersuchten Gebieten wie den Alpen und Skandinavien gibt es noch unbeschriebene Arten die morphologisch und genetisch gut umrissen sind. Der Anteil kryptischer Arten ist noch weitgehend unbekannt.

Ein weiteres Forschungsthema sind die evolutiven Prozesse die zur Radiation der Gattung geführt haben. Diese können Aufschluss über generelle Muster der Artbildung bei haploiden Landpflanzen geben. Die meisten Schistidium-Arten sind vermutlich im Zusammenhang mit den eiszeitlichen Schwankungen entstanden und phylogenetische Daten weisen auf anhaltende Artbildungsprozesse hin. Wir verfolgen Hinweise, dass dabei homoploide Hybridisierungsereignisse eine wichtige Rolle spielen.

Die Phylogenie von Schistidium ist nur unzureichend bekannt. Die aktuellen Konzepte beruhen auf phylogenetischen Analysen weniger Marker, zeigen Unstimmigkeiten mit morphologischen Konzepten und sind höchstwahrscheinlich durch Prozesse wie incomplete lineage sorting und Gentransfer beeinflusst. Durch die Verwendung genetischer Daten aus allen drei Teilen des Genoms (Kern, Chloroplasten, Mitochondrien) untersuchen wir die Evolutionsgeschichte der Gattung und die Phylogenie der Arten.

Kooperationspartner: Norwegian Institute of Bioeconomy Research NIBIO

Kryptische Arten sind Arten, die reproduktiv isoliert sind, sich morphologisch aber nicht oder nur unklar unterscheiden lassen. Durch die Anwendung genetischer Methoden werden bei Moosen immer mehr solche Arten entdeckt und sie scheinen einen beträchtlichen Teil der Diversität auszumachen. In vielen Fällen ist aber unklar wie solche Arten entstanden sind, zum Beispiel, wenn die Isolation nicht durch geographische Trennung erklärt werden kann. In diesem Projekt untersuchen wir inwieweit die Anpassung an unterschiedliche Substrate kryptische Artbildung in der Gattung Dicranum erklären kann.

Kooperationspartner: Universität Zürich UZH

Während die floristische Verbindung zwischen dem östlichen Nordamerika und dem östlichen Asien über die Beringbrücke eine der am besten untersuchten biogeografischen Beziehungen darstellt, wurden die Verbindungen zwischen dem westlichen Nordamerika und Zentralasien bisher kaum beachtet. Erstmals anhand genetischer Daten untermauern wir diese Verbindung für die Artengruppen der Laub- und Lebermoose.

Projektpartner: Norwegian Institute of Bioeconomy Research NIBIO, Universität Zürich UZH, Peter Gruber (Salzburg, Austria).

Bei der Lebermoosgattung Scapania sind die Blätter aus 2 Lappen zusammengesetzt die in der Regel in für die Gattung charakteristischer Weise über einen Kiel verbunden sind. Nur wenige Taxa haben ungekielte Blätter und diese wurden früher einer eigenen Untergattung Jensenia zugeordnet. Aktuell werden solche Taxa als Formen einer einzigen hoch-variablen Art, S. obcordata aufgefasst, die in arktischen und borealen Gebieten in durch periodische Störungen charakterisierten Lebensräumen vorkommt. Das Auffinden ungekielter Scapania-Pflanzen in den Alpen macht es nötig das aktuelle phylogenetische Konzept zu revidieren, da unsere Analysen zeigen, dass die Pflanzen aus den Alpen nicht näher mit S. obcordata verwandt sind. Dafür verwenden wir einen integrativen Ansatz und kombinieren genetische Analysen mit morphologischen Daten unter Berücksichtigung der Ökologie der Taxa.

In diesem Projekt untersuchen wir ein unbeschriebenes und morphologisch einzigartiges Taxon der Grimmiaceae das eine Gattungshybride darstellen könnte. Während die Art gametophytisch Arten der Gattung Grimmia nahesteht weisen die Sporophytenmerkmale auf eine enge Verwandtschaft mit der Gattung Schistidium hin. Durch die Sequenzierung von Chloroplasten- und Kernmarkern klären wir ob diese Hypothese zutrifft oder ob die morphologischen Verbindungen auf Konvergenz beruhen.

Kooperationspartner: Universität Zürich UZH

Der Klimawandel ist eine der größten Bedrohungen für die biologische Vielfalt, und es besteht große Unsicherheit darüber, wie sich Pflanzen an die sich rasch verändernde Matrix von Lebensräumen anpassen und dort überleben können. Dieses Projekt befasst sich mit Evolutionsprozessen bei frühen Landpflanzen, die in diesem Zusammenhang von Bedeutung sind. Wir untersuchen zwei wenig bekannte Prozesse, homoploide Hybridisierung und unmittelbare Introgression, und inwieweit diese mit ökologischen Innovationen und selektiven Signalen in Verbindung stehen. Dafür verwenden wir phylogenetische Netzwerke und wenden Tests wie invariantenbasierte Methoden und Simulationen an. Weiter rekonstruieren wir die phylogeografische Geschichte und adaptive Evolution, die die Arten nach dem letzten glazialen Maximum durchlaufen haben um Rückschlüsse auf Reaktionen zu ziehen, die unter dem derzeitigen Erwärmungsszenario zu erwarten sind.

Wir untersuchen diese Prozesse an der Moosgattung Schistidium. Dieses Modell umfasst einen Schwarm von Pionierarten, die sich an die Besiedlung von nackten Felsoberflächen einschließlich künstlicher Substrate wie Beton und Asphalt angepasst haben. Dank dieser Fähigkeit können die Arten die Auswirkungen des Klimawandels abfedern, indem sie von Gletschern freigegebene und verödete Flächen besiedeln. Die Dominanz der haploiden Generation erleichtert dabei die Detektion evolutiver Signale und beschleunigt die Selektion.

Das Projekt stützt sich auf Voruntersuchungen, in denen die Genomgrößen sowie die ökologische und morphologische Divergenz im Modellsystem untersucht wurden. Wir verwenden Capture-sequencing und ddRADSeq, um genomische Daten von kodierenden und nicht kodierenden Regionen aus allen drei Teilen des Genoms (Kern, Plastiden, Mitochondrien) zu gewinnen.

Kooperationspartner: Swedish Museum of Natural History, Norwegian Institute of Bioeconomy Research NIBIO, University of Liège, University of Zurich UZH.