Anthropogene Ökologie

Menschliche Entwicklungen wie Landwirtschaft, Urbanisierung und Industrialisierung hatten nachhaltige Auswirkungen auf ökologische Prozesse. Die Forschungsgruppe für anthropogene Ökologie widmet sich diesen durch den Menschen verursachten Auswirkungen mithilfe interdisziplinärer Forschung. Unsere Forschung umfasst eine Vielzahl von Themen, darunter die Auswirkungen domestizierter Tiere auf südasiatische Gesellschaften, den Nachweis menschlicher Aktivitäten durch die Analyse von Biomarkern in Fäkalien und die Auswirkungen des Klimawandels auf arktische Seevögel. Außerdem zählt die Untersuchung biogeochemischer Veränderungen der Meere infolge schwerer Umweltkatastrophen, die Menschheitsgeschichte von Madagaskar sowie die Rekonstruktion historischer Ernährungsweisen durch Stabilisotopenuntersuchungen zu unserem Forschungsschwerpunkt. Durch die Zusammenführung von Erkenntnissen aus Archäologie, Anthropologie und Ökologie bietet die Forschungsgruppe ein umfassendes Bild zur Rolle des Menschen und dessen Auswirkungen auf Ökosysteme. 

Forschungsprojekte

Die Rolle domestizierter Tiere in der Entwicklung früher komplexer Gesellschaften im nordwestlichen Südasien

Projektleiter: Kalyan Sekhar Chakraborty

Das Modell der Sekundärprodukterevolution (secondary products revolution) geht davon aus, dass die menschliche Nutzung tierischer Sekundärprodukte (Milch, Wolle oder auch die Zugkraft von Rindern) einer der treibenden Faktoren hinter der Entwicklung komplexer Gesellschaften während des Holozäns war. Das Forschungsprojekt prüft dieses Modell im Raum Südasien. Dabei untersuchen wir die Mensch-Tier-Interaktionen und deren mögliche Effekte auf Gesellschaft, Politik und Wirtschaft der Indus-Kultur - die früheste Zivilisation in Südasien. Ziel der Forschung ist es, die Zucht von Tieren, Tauschhandel und Konsum tierischer Produkte zu untersuchen sowie diese Erkenntnisse mit archäologischen Befunden abzugleichen.

Archäologische und ökologische Anwendung von Fäkalbiomarkeranalysen

Projektleiterin: Yiming Wang

Der Einfluss des Menschen auf den Planeten wird oft mit dem europäischen Kolonialismus und der industriellen Revolution in Verbindung gebracht, aber ein zu enger Fokus auf diese jüngsten Veränderungen übersieht, wie der Mensch die Ökosysteme in der Vergangenheit verändert hat, insbesondere im Zusammenhang mit unserer Geschichte der Domestizierung von Tieren und der Kultivierung des Landes. Die Suche nach den wichtigsten Schwellenwerten für die Auswirkungen des Menschen auf die Erdsysteme in der Vergangenheit wurde durch das Fehlen geeigneter, global anwendbarer Marker für den anthropogenen Wandel erschwert. Dieses Projekt forscht daher an einer Methode, mit der menschliche und tierische Fäkalien aus archäologischen und natürlichen Sedimentansammlungen extrahiert und gemessen werden können, um Veränderungen der menschlichen Präsenz und der Umweltauswirkungen nachvollziehen zu können.

Fäkale Biomarkerprofile, die für Menschen und verschiedene Tiere spezifisch sind, werden zunehmend eingesetzt, um die historische Verbreitung verschiedener Taxa zu erforschen. Fäkalien enthalten einzigartige biochemische Marker, die unter günstigen Bedingungen Jahrtausende lang erhalten bleiben können. Für ein besseres Verständnis der Konservierungsprozesse, des Transports fäkaler Biomarker und der landschaftsspezifischen Unterschiede bei der Anreicherung von Fäkalien ist es jedoch unerlässlich, moderne Basisdaten für bestimmte geografische, klimatische und anthropologische Kontexte zu entwickeln.

Ein Großteil dieser Grundlagenforschung muss noch in einem anthropologischen Kontext durchgeführt werden, was bedeutet, dass die Interpretationen solcher Proxies in den archäologischen Aufzeichnungen vorläufig bleiben. Derzeit entwickeln wir in enger Zusammenarbeit mit verschiedenen lokalen Gemeinschaften innovative Grundlagenstudien in einer Vielzahl von klimatischen Umgebungen, um festzustellen, wie fäkale Biomarker in modernen anthropogenen Landschaften, insbesondere in Weidelandschaften, erhalten und präsentiert werden.

Gleichzeitig beginnen wir mit einer Reihe von Projekten, die die Demografie von Wild- und Haustieren als Reaktion auf die menschliche Jagd und Domestizierung anhand von Biomarkern aus Fäkalien (Gallensäuren und Stanole) untersuchen, die aus gut datierten Sedimenten gewonnen wurden. Wir werden diese Methoden in Gebieten anwenden, in denen die Abteilung für Archäologie aktive archäologische Forschung betreibt und in denen wir über solide Kenntnisse über die Präsenz von Jägern und Sammlern, Viehzüchtern und Bauern in verschiedenen Regionen im Laufe der Zeit verfügen. Wir werden jedoch auch unseren Umfang erweitern, je nach Verfügbarkeit von Proben und den regionalen und zeitlichen Interessen der Mitglieder der Abteilung zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Seevögel in einer Welt im Wandel: Ernährungsdiversifizierung, PFAS und isländische Trottellumen

Projektleiter: Thomas Larsen

Der Klimawandel hat deutliche und schwerwiegende Auswirkungen auf die Polarregionen. Die Arktis erwärmt sich derzeit mehr als doppelt so schnell wie andere Teile der Erde, was zu einer noch nie dagewesenen Veränderung der Meeresumwelt der Region führt. Das Ökosystem des Arktischen Ozeans reagiert besonders empfindlich auf die Erwärmung, da es auf das Meereis angewiesen ist - von den Algen, die auf seiner Unterseite wachsen, bis hin zu großen Raubsäugetieren, die auf der Eisoberfläche jagen und leben. Darüber hinaus werden die größten Raubtiere in den arktischen Ökosystemen zunehmend durch organische Verunreinigungen aus anthropogenen Quellen beeinträchtigt.

Die ikonischen Seevogelpopulationen Islands, die Brünnich-Trottellumme (Uria lomvia) und die gemeinen Trottellumme (U. aalge), sind rückläufig. Beide auf Klippen nistenden Arten haben eine ähnliche Lebensweise, unterscheiden sich aber in ihren thermischen Präferenzen; die Brünnich-Trottente gedeiht unter arktischen Bedingungen, während die Trottellumme wärmere nordatlantische Gewässer bevorzugt. Im Rahmen des Projekts LOMVIA wird die Diversifizierung der Ernährung moderner und historischer Populationen dieser beiden Vogelarten in Island sowie die Schadstoffexposition moderner Populationen mit Hilfe biochemischer Methoden und Telemetrie untersucht.

Die Forschung zielt darauf ab: 1) den Wettbewerb zwischen den beiden Arten um Nahrungsressourcen in modernen Populationen zu untersuchen, 2) festzustellen, ob es in historischen Seevogelpopulationen vor der globalen Erwärmung ein höheres Maß an Nischendifferenzierung gab, und 3) zu bewerten, wie Überwinterungs- und Futtersuchstrategien die Bioakkumulation von PFAS in modernen Populationen beeinflussen. Durch die Beantwortung dieser Forschungsfragen soll die Studie zu einem besseren Verständnis der ökologischen Auswirkungen des Klimawandels und der anthropogenen Schadstoffe auf diese Seevögel beitragen und Informationen für den Schutz und das Management liefern.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung dem UK National Environment Research Council unterstützt.

Die Auswirkungen von Katastrophenereignissen auf die Biogeochemie und Ökologie der Meere

Projektleiterin: Yiming Wang

Extremereignisse, die durch den globalen Wandel verursacht werden, wirken sich zunehmend auf den biogeochemischen Kreislauf der Meere und das Funktionieren der Ökosysteme aus. Unser derzeitiges Wissen darüber, wie sich biogeochemische Störungen auf die Trophodynamik auswirken, ist jedoch begrenzt, da es schwierig ist, die Reaktionen des Nahrungsnetzes auf rasche Störungen des Lebensraums zu untersuchen. In diesem Projekt haben wir eine einzigartige Gelegenheit genutzt, um zu verstehen, wie Spezialisten und Generalisten in einem hydrothermalen Schlotgebiet auf drastische biogeochemische Störungen reagieren und sich anpassen. Im Jahr 2016 wurden die flachen Hydrothermalquellen auf der Insel Kueishantao (KST) im Ostchinesischen Meer von zwei aufeinanderfolgenden Extremereignissen - einem Erdbeben und einem Taifun - heimgesucht, was dazu führte, dass die Quellen zwei Jahre lang nahezu stillstanden.

Durch den Einsatz mehrerer geochemischer Tracer wollen wir erstmals die zeitliche Variabilität des Schlot-Systems, seine Reaktionen auf große geophysikalische und meteorologische Störungen und die Auswirkungen auf lokale biogeochemische und ökologische Prozesse untersuchen. Wir verwenden dabei stabile Isotope (d13C, d 15N, d 34S) sowie verbindungsspezifische Isotopenverhältnisse einzelner Aminosäuren, um Veränderungen im benthischen Nahrungsnetz infolge extremer Störungen zu verstehen. Die katastrophalen KST-Ereignisse sind vergleichbar mit den vom Menschen verursachten Störungen von Küsten- und Tiefseeökosystemen, z. B. durch Industrieeinleitungen, Mineralienabbau oder Ausbaggern des Meeresbodens. Die Quantifizierung ihrer Auswirkungen auf marine Ökosysteme könnte daher Aufschluss über das Management solcher anthropogenen Störungen geben.

Paläoklima und Umweltveränderungen tropischer Monsungebiete

Projektleiterin: Yiming Wang

Die Erforschung und Vorhersage künftiger Veränderungen des tropischen Monsuns bei anhaltender globaler Erwärmung ist von entscheidender Bedeutung für die Ernährungssicherheit und das sozioökonomische Wohlergehen von 40 % der Weltbevölkerung. Trotz der weitreichenden Folgen bleibt die Vorhersage des Verhaltens des tropischen Monsuns unter den Szenarien der Klimaerwärmung eine zentrale Herausforderung für globale und regionale Klimamodelle. Diese Wissenslücke schränkt unser Verständnis des Ausmaßes ein, in dem die ISM-Intensität auf sich schnell verändernde Klimafaktoren - wie steigende Meeresoberflächentemperaturen (SST), erhöhte Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre, veränderte Vegetationsbedeckung und abnehmende Eisschilde und Meereisbedeckung - und deren interaktive Dynamik in einem sich erwärmenden Klima reagiert.

Wir verwenden verbindungsspezifische Analysen stabiler Isotope terrestrischer Biomarker, nämlich n-Alkane aus Blattwachs von Meeressedimenten, um Veränderungen der Monsunregenfälle und der Vegetation in Ostafrika und Südasien zu rekonstruieren. Darüber hinaus verwenden wir eine Reihe anorganischer und organischer Proxies, darunter das Mg/Ca-Verhältnis und d18O von Foraminiferen sowie den Alkenon-Ungesättigtheitsindex UK'37, um vergangene ozeanografische Bedingungen (z. B. Änderungen der Meeresoberflächentemperatur und des Salzgehalts) im Indischen Ozean zu rekonstruieren, die einen wichtigen Einfluss auf das angrenzende kontinentale Hydroklima ausüben.  Neben der Erstellung neuer Klimaaufzeichnungen haben wir auch mit Klimamodellierern zusammengearbeitet, um ein tieferes Verständnis der Mechanismen zu erlangen, die die klimatischen und ozeanografischen Bedingungen steuern. Diese Paläoklima-Rekonstruktionen liefern auch den regionalen Klima- und Umweltkontext für die Informationen über die Demografie und die sozialen Veränderungen des Menschen.

Menschheitsgeschichte auf Madagaskar

Projektleiter: Sean Hixon

Madagaskar ist ein wichtiger Standort für die Erforschung vergangener menschlicher Wanderungen, Anpassungen an den Klimawandel und anthropogener Einflüsse auf die Umwelt. Heute ist die Insel in Bezug auf Artensterben, die Zerstörung von Lebensräumen und die wirtschaftliche Stabilität weltweit mit am stärksten bedroht.

Vieles ist noch unklar, aber es scheint, dass die Menschen in der Vergangenheit von verschiedenen Orten aus nach Madagaskar kamen, wobei sich zu den frühen Ankömmlingen aus Afrika Seefahrervölker gesellten, deren Verbindungen bis nach Südostasien reichten. Diese vielfältige Besiedlungsgeschichte hat ein reiches sprachliches und kulturelles Erbe hervorgebracht, ebenso wie verschiedene Formen der Landnutzung und Arten.

Dieses Projekt kombiniert Feldforschung (z. B. Vermessung, Ausgrabung, Entnahme von Sedimentkernen und Sammlung moderner Pflanzen- und Tierproben) und Laboranalysen (z. B. Inventarisierung von Mikrofossilien und chemische Analysen von Pflanzen und Knochen), um die menschliche Geschichte auf der Insel zu erforschen. Dabei stellt sie sich die folgenden Forschungsfragen:

• Wann gelangte der Mensch erstmals nach Madagaskar? Wie unterschieden sich die unterschiedlichen Migrationswellen hinsichtlich Kultur und Wirtschaft?
• Welche Formen der Landnutzung und welche Arten brachten die verschiedenen Gruppen von Menschen mit?
• Wie reagierten die unterschiedlichen Gruppen auf die Klimaveränderungen des Holozäns?
• Wie haben diese Gruppen ihrerseits die Umwelt auf Madagaskar beeinflusst? Welche Spuren haben ihre Aktivitäten bei den heute in der Region lebenden Gemeinschaften hinterlassen?

Das Projekt arbeitet eng mit einer Vielzahl von Laboren der Abteilung für Archäologie sowie den örtlichen Verantwortlichen auf Madgaskar zusammen.

Stabilisotopenverhältnisse von Aminosäuren als Indikatoren für die trophische Position und die Nahrungsquellen

Projektleiter: Thomas Larsen

Die Ernährung der Hominiden und der Fauna sowie die Umwelt, in der sie lebten, zu verstehen, ist seit langem ein Ziel der paläoanthropologischen und archäologischen Forschung. Herkömmliche Methoden wie die Untersuchung pflanzlicher und tierischer Überreste aus der Vergangenheit und die Analyse stabiler Isotope aus archäologischem Gewebe haben zwar wichtige Erkenntnisse über die Ernährung in der Vergangenheit erbracht, doch die mit diesen Methoden verbundenen Interpretationen der Ernährungsgewohnheiten gelten als teilweise unsicher. Diese Unsicherheiten können teilweise durch die Stabilisotopenanalyse einzelner Aminosäuren, den Bausteinen der Proteine, überwunden werden. Die Forschung hat gezeigt, dass die stabilen Isotopenverhältnisse von Kohlenstoff und Stickstoff unabhängig von den Umweltbedingungen Aufschluss über die trophische Ebene und die Nahrungsquellen geben können. Aminosäuren sind wertvolle Marker für die Ernährung, da jede von ihnen einzigartige Stoffwechselfunktionen und -eigenschaften hat. Die Vielzahl der aus Aminosäuren gewonnenen Daten kann daher in statistische Modelle eingesetzt werden, um eine neue Auflösung der Nahrungsquellen zu erforschen.

Obwohl die Vorteile der Anwendung stabiler Isotopenverhältnisse von Aminosäuren für die Rekonstruktion von Paläodiäten überzeugend sind, sind wir uns der methodischen Herausforderungen und interpretativen Wissenslücken bewusst, die mit dieser Methode verbunden sind. Aus diesem Grund ist unsere Gruppe aktiv daran interessiert zu verstehen, wie Faktoren wie Nahrungszubereitung, Verdauungs- und Stoffwechselprozesse sowie die Qualität der Nahrung die Isotopenverhältnisse der Aminosäuren beeinflussen. Wir setzen uns auch dafür ein, dass die Methode weniger kostenintensiv wird und die Vergleichbarkeit der Daten zwischen den Labors verbessert wird. Wenn Sie mehr über diese Themen erfahren möchten, lesen Sie unseren kürzlich veröffentlichten Leitfaden über die optimale Verwendung stabiler Isotopenverhältnisse von Aminosäuren: https://doi.org/10.1093/biosci/biac028