Carl Friedrich von Weizsäcker-Zentrum für Naturwissenschaft und Friedensforschung Forschungsstelle Biologische Waffen und Rüstungskontrolle Biologische Grundlagen der Friedensforschung Biologische Systeme und Friedensforschung: Konflikt und Kooperation in Ökosystemen Gliederung Einführung Ökosysteme Neophyten & Neozoen Konfliktpotenziale Einführung Ökosysteme Ökosystem ‐ Grundbegriffe • Definition: In Wechselwirkung stehende Gemeinschaft aus Lebewesen (der Biozönose) und deren nicht lebender Umwelt (dem Biotop) • Ökosysteme bestehen aus Einheit von Biozönose und Biotop, wobei die Abgrenzung von Ökoystemen per definitionem erfolgt und nicht zwingend durch messbare Faktoren • Kennt die Natur überhaupt abgegrenzte Ökosysteme?! • Meist ein fließender Übergang (der Wechselwirkungen)! Ökosystem ‐ Grundbegriffe Spannbreite der Auslegung des Begriffs „Ökosystem“ • Ökosysteme sind reale Raumeinheiten • Ökosysteme sind theoretische Konstrukte eines Beobachters, der in Abhängigkeit spezif. Fragestellungen (begrenzter Untersuchungsraum, Vorkommen best. Spezies, abiotische Parametern) ein Abbild der Wirklichkeit liefern will. • Ökosysteme sind dynamische Systeme, die in einem Fließgleichgewicht stehen und die Fähigkeit zur Selbst‐ regulation aufweisen. Ihre Beschreibung erfolgt anhand ausgedehnter Beobachtungen. Ökosystem ‐ Grundbegriffe • Funktionelle Beschreibung anhand Kriterien wie Stoff‐ und Energiefluss • Primärproduzenten erzeugen aus anorganischen Ausgangsstoffen mit Hilfe externer Energiequellen (meist Sonnenlicht) organisches Material: grüne Pflanzen, Algen, photo‐ oder chemotrophe Bakterien • Sekundärproduzenten erzeugen ihre Biomasse unter Zuhilfenahme dieser organischen Materialien • Primärkonsumenten ernähren sich direkt von autotrophen Organismen, Konsumenten höherer Ordnung wiederum von den Konsumenten erster Ordnung Ökosystem ‐ Grundbegriffe • Destruenten verwerten tote Biomasse und bewirken eine Rückführung anorganischer Stoffe in den Nahrungskreislauf • Gesamtheit aller trophischen Beziehungen innerhalb eines Ökosystems ergeben ein Nahrungsnetz • Divergente und konvergente Netzpfade • Vernetzungen auch zwischen den unterschiedlichen Stufen Ökosystem ‐ Grundbegriffe www.spektrum.de Ökosystem ‐ Grundbegriffe Mensch und Ökosystem: • Bedeutung von „Ökosystemdienstleistungen“ • Beispiele: Sauerstoffproduktion durch Pflanzen, Bestäubung von Kulturpflanzen durch Insekten, Schädlingsbefall‐ minimierung durch Fressfeinde • Erhaltung von Biodiversität als Mittel zur Bewahrung von Ökosystemdienstleistungen ‐> Erklärbarer Nutzen = Schärfung des Problembewußtseins?! Konkurrenz in Ökosystemen • Intraspezifische Konkurrenz (zw. Individuen einer Art) • Interspezifische Konkurrenz (zw. Individuen versch. Arten) • Direkte Konkurrenz: Verdrängung (Überwachsen, Vertreibung) • Indirekte Konkurrenz: Verdrängung durch überlegene Ressourcenverwertung • Folge: dauerhafte Verdrängung oder Koexistenz Konkurrenz in Ökosystemen Limitierte Aufnahme neuer Arten: • Biozönose kann nur so viele neue Arten aufnehmen wie ökologische Nischen verfügbar sind • Die Besiedlungsmöglichkeit hängt von Standortfaktoren, aber auch Konkurrenzdruck ab Reaktion auf Störungen: • Resistenz ‐> Biozönose bleibt trotz störender Einflüße unverändert (persistiert) • Resilienz ‐> Störung induziert Veränderung der Biozönose, diese kehrt aber wieder in den Ausgangszustand zurück Konkurrenz in Ökosystemen: Neobiota • Einwanderung neuer Arten von Lebewesen (Neobiota) in Gebiete, in denen diese bisher nicht vorkamen • Neozoen: Etablierung neuer Tierarten • Neophyta: Etablierung neuer Pflanzenarten • Neomyceten: Etablierung neuer Pilzarten Konkurrenz in Ökosystemen: Neobiota Wodurch gelangt ein Neobiont in neue Lebensräume? • Natürliche Prozesse: Abwanderung/Ausbreitung, bedingt durch zunehmende Nahrungskonkurrenz, ungünstige Klimaveränderungen im Ursprungsraum oder durch Wiederbesiedlung z.B. nach Eiszeit, Wüstenbildung oder Vulkanausbruch • Anthropogene Prozesse: unbeabsichtigte Verschleppung oder gezielte Ausbringung als „biologische Maßnahme zur...“ durch den Menschen! Konkurrenz in Ökosystemen Verschleppung durch den Menschen: • Unbeabsichtigte Verbreitung entlang von Handels‐ und Reiserouten • Ausbreitung verschleppter Nutzpflanzen Scheidemarke für Europa: 1492 • Beginn des Austausches verschiedener Arten zw. Amerika und dem europäischen Kontinent • Seitdem enorme Steigerung des weltweiten Handelsverkehrs Konkurrenz in Ökosystemen Verschleppung/Ausbringung durch den Menschen: • Indigene Arten: in einem (meist enger begrenzten Gebiet) als einheimisch betrachtete Arten • Archäophyten: seit dem Beginn des Ackerbaus durch die neolithische Bevölkerung in (prä‐)historischer Zeit VOR 1492 eingewanderte Pflanzenarten • Neophyten: erst NACH 1492 eingewanderte Pflanzenarten • Unterteilung nach Einwanderungs‐ und Einführungsweisen Konkurrenz in Ökosystemen www.neobiota.de Neobiota als „invasive Spezies“ Warum stellen best. Neobiota ein Problem dar? • Invasive Spezies werden durch den Menschen aus ihrem ursprünglichen Lebensraum in neue Gebiete eingebracht, wo sie einen schädlichen Einfluss auf Ökosysteme ausüben • Mögliche schädliche Auswirkungen betreffen neben menschlicher Gesundheit auch wirtschaftliche Faktoren (Landwirtschaft, Tourismus) • Zusammen mit Zerstörung natürlicher Lebensräume und einem beschleunigten Klimawandel stellen diese Arten die größte Bedrohung für globale Biodiversität Neobiota als „invasive Spezies“ www.issg.org Neobiota als „invasive Spezies“ Invasive Neobiota in Deutschland: • Bisher ca. 40 Neophyten mit invasivem Charakter bekannt • Ca. 30 invasive Neozoen bisher beschrieben Beispiele: • Beifuß‐Ambrosie • Riesenbärenklau • Indisches Springkraut • Körbchenmuschel • Asiatischer Marienkäfer Invasive Neozoen und Neophyten weltweit Schweiz, Kanton Bern, Amt für Umweltkoordination und Energie, 2009 Neobiota als „invasive Spezies“ Besondere Merkmale invasiver Spezies: • Schnelles Wachstum • Im neuen Lebensraum fehlende Fressfeinde, Schädlinge, Krankheitserreger • Kurze Reproduktionszyklen, überlegene Reproduktionsstrategien • Hohe Proliferationsraten durch hohe Samenproduktion • Breite Toleranzbereiche für biotische und abiotische Standortfaktoren Neobiota als „invasive Spezies“ Besondere Merkmale invasiver Spezies: • Schnelles Wachstum • Im neuen Lebensraum fehlende Fressfeinde, Schädlinge, Krankheitserreger • Kurze Reproduktionszyklen, überlegene Reproduktionsstrategien • Hohe Proliferationsraten durch hohe Samenproduktion • Breite Toleranzbereiche für biotische und abiotische Standortfaktoren Neobiota als „invasive Spezies“ Methoden zur Eindämmung: Beispiel: Helix aspersa + Rumina decollata • H. aspersa (Gefleckte Weinbergschnecke) gehandelt als Nahrungsmittel • Zucht: Schneckenfarmen • Unkontrollierte Ausbreitung kann zu Konflikten führen (v.a. in Anbaugebieten und Nutzgärten) Neobiota als „invasive Spezies“ Methoden zur Eindämmung: Beispiel: Helix aspersa + Rumina decollata • H. aspersa (Gefleckte Weinbergschnecke) tritt als Fraß‐ schädling in Kulturgärten auf, kann zudem indigene Arten‐ zusammensetzung verändern, da sie bevorzugt die zwar natürlich vorkommende, aber seltene Grasart Bromus carinatus vertilgt • H. aspersa ist zudem Vektor für Phytophthora citrophthora, den Auslöser der Pflanzenkrankheit „Phytophthora branch canker“ (PBC) bei Zitruspflanzen Neobiota als „invasive Spezies“ http://www.ipm.ucdavis.edu/PMG/H/I-SM-HASP-AD.017.html Neobiota als „invasive Spezies“ Methoden zur Eindämmung: • Beispiel: Helix aspersa + Rumina decollata • R. decollata (Stumpfschnecke) kommt ursprünglich im Mittelmeerraum vor • Ernährt sich u.a. von den Gelegen anderer Schneckenarten, Nacktschnecken und Würmern • Einsatz als biologische Schädlingsbekämpfungsmaßnahme (problematisch: schädigt auch Nützlinge) Neobiota als „invasive Spezies“ Methoden zur Eindämmung: • Beispiel: Helix aspersa + Rumina decollata • Ausbringen von 12 Exemplaren von R. decollata pro Zitrusbaum in einem 8 ha großem Areal ‐> nach 3 Jahren ausreichend große Population gebildet (opt.: 1000 / ha) • Ausgehend von diesem Areal ausreichend Stumpfschnecken zur Bearbeitung von 150 ha Anbaufläche für 3 Folgejahre ‐> Verkauf der Stumpfschnecke nur an Berechtigte! (Schädigung indigener Arten möglich) Konfliktpotenziale: Beispiel Palmölproduktion Palmöl: zwischen Lebensmittel und Treibstoff • Palmöl als wichtiger Grundstoff in der Lebensmittel‐ und Kosmetikindustrie • Gewinnung aus den Früchten der Ölpalme (Elaeis guineesis) • Vorkommen: ursprünglich im westlichen Afrika • ursprünglich als Zierpflanze ‐> Nutzpflanze • Während Kolonialzeit erste Großplantagen etabliert (1908 in Westafrika, 1911 in Indonesien, 1919 in Malaysia) • Hauptexporteure z. Zt.: Indonesien und Malaysia Palmöl: zwischen Lebensmittel und Treibstoff • Ölpalme beginnt 4‐5 Jahre nach Aussaat Früchte zu tragen • Pflanze erreicht ein Lebensalter von bis zu 200 Jahren • Plantagenpflanzen werden nach 25‐30 Jahren ersetzt • Eine Palme liefert bis zu 350 kg Früchte (15 Ernten/Jahr) • Frucht liefert Palmöl und Palmkernöl • Ernteertrag: ca. 7 t Palmöl und 1 t Palmkernöl pro ha Anbau der Ölpalme http://www.foodnavigator.com/Market-Trends/Concerned-about-palm-oil-Boycotting-won-t-change-athing Anbau der Ölpalme Magazin Lebensart, 01/2014 WWF, 2012 Anteil Palmöl an Pflanzenölverbrauch WWF, 2012 Palmöl: zwischen Lebensmittel und Treibstoff • Palmöl weltweit wichtigstes Pflanzenöl (30 % Weltmarktanteil) • Enthalten z.B. in Margarine, Teigprodukte, Chips, Soßen, Fertigsuppen, Pommes Frites, Schokolade etc. (Produktbezeichnung: „pflanzliches (vegetabiles) Fett“) • Palmkernöl enthalten in Schmiermitteln, Farben, Lacken; in Hautcreme, Sonnenmilch, Lippenstift etc.; umgesetzt zu Tensiden enthalten in Wasch‐ und Reinigungsmitteln sowie Duschgel, Shampoos etc. ‐> Jedes zweite Produkt im Supermarkt enthält Palm(kern)öl! Palmöl: zwischen Lebensmittel und Treibstoff • 2009: ca. 1/3 der Palmölproduktion werden als Nahrungsmittel, 2/3 für Industrieanwendungen (Schmier‐/ Reinigunsmittel, Kosmetika, Kerzen, Biodiesel) • 2013: 54,38 Mio t Palmöl und 6,7 Mio t Palmkernöl weltweit produziert • EU viertgrößter Verbraucher von Palmöl (2013: 5,67 Mio Tonnen, ca. 10 % der Weltproduktion) Weltweiter Bedarf an Palmöl und Palmkernöl: Vorteile und Konfliktpotenziale • Vorteile: nachwachsender Rohstoff, relativ gute Ausbeute pro Anbaufläche, wichtiges Nahrungsmittel, wichtige Einnahmequelle für Kleinbauern • Konfliktpotenziale: stetig wachsende Nachfrage führt zur Naturressourcen schädigenden Ausdehnung der Ölpalm‐ Anbauflächen, negative CO2‐Bilanz (z.B. durch Abbrennen von Regenwäldern), Trockenlegung von Torfmooren, Etablierung ausgedehnter Monokulturen ‐> verminderte Biodiversität, Verdrängung der Anwohner Weltweiter Bedarf an Palmöl und Palmkernöl: Vorteile und Konfliktpotenziale • Ölpalmen wachsen rund um denÄquatorgürtel • Aber 85 % der weltweiten Palmölproduktion erfolgen durch Indonesien und Malaysia • Indonesien 2008: 18 Mio t Palmöl/Jahr • Billige Anbauflächen stellen die Urwaldgebiete dar • Kopplung Einschlag trop. Hölzer und Gewinnung neuer Anbauflächen für Ölpalmen Weltweiter Bedarf an Palmöl und Palmkernöl: Vorteile und Konfliktpotenziale • In Indonesien leben von 238 Mio Einwohnern 45 Mio in Waldgebieten • Ölpalmanbau führt dort zu ca. 5.000 Land‐ und Menschenrechtskonflikten • Jedes Jahr werden 2 Mio ha Regenwald gerodet • Indonesien: 9 Mio ha Anbaufläche (1/4 der Fläche Deutschlands!) ‐> 2025 sollen 26 Mio ha vorhanden sein ‐> Prognose: Bis 2022 sind 98 % der Primärwälder zerstört! Ölpalmenplantagen verdrängen Urwälder http://news.mongabay.com/2009/1026-hance_basiron.html Ölpalmenplantagen verdrängen Urwälder http://www.palmoilinvestigations.org/what-s-wrong-with-palm-oil Ölpalmenplantagen verdrängen Urwälder Entwaldung auf Borneo Entwaldung auf Sumatra http://schumpetercentre.org/2014/07/palm-oil-strategic-source-renewable-energy-indonesia-malaysia/ Ölpalmenplantagen verdrängen Tiere Borneo: Orang Utan mit Betäubungspfeil; Vorbereitung der Umsiedlung vom Areal einer Ölpalmenplantage (2008) http://www.commercialpressuresonland.org/press/palm-oil-land-grab Magazin Lebensart, 01/2014 Nachhaltige Nutzung der Ölpalme • 2004: Gründung der gemeinnützigen Organisation Round Table on Sustainable Palm‐oil (RSPO) unter Beteiligung von Produzenten, abnehmenden Industrien und NGOs (2012: 596 Mitglieder) • Ziele: Anbau und Produktion nach ökologischen, ökonomischen und sozialen Mindestbedingungen ausrichten • Inhalte: seit 2005 neue Ölpalmenplantagen nicht mehr in Urwäldern oder besonders schützenswerten Lebensräumen anlegen, ggf. Finanzierung von Erhaltungsmaßnahmen, Zustimmung der indigenen Bevölkerung einholen, angemessene Behandlung und Bezahlung der Angestellten Nachhaltige Nutzung der Ölpalme • Hintergrund: Ernte der Fruchtbüschel schlecht automatisierbar ‐> Einsatz vieler Arbeitskräfte für 15 Fruchtbüschelernten/Jahr • Für Produktion von 10 t Palmöl ca. 20 Arbeitstage nötig (im Vergleich: Sojaöl ‐ 0,7 Arbeitstage) • Beschäftigung der Feldarbeiter nötig, aber auch ebenso wichtig für ländliche Regionen (Aber: Verdrängung Kleinbauern?!) Nachhaltige Nutzung der Ölpalme • RSPO: Ausstellung von Zertifikaten über die nachhaltige Produktion für einzelne Plantagenbetriebe • Ergebnisse der Audits öffentlich einsehbar (www.rspo.org) • Seit 2008 zertifiziertes Palmöl am Markt verfügbar • Inzwischen weisen ca. 10 % der weltweiten Produktion ein CSPO Zertifikat auf Nachhaltige Nutzung der Ölpalme Kritik an RSPO: • 394 Interessenvertretern der Palmölindustrie stehen 22 NGO gegenüber ‐> nachhaltige Nutzung wirklich durchsetzbar? • Vereinbarte Maßnahmen für nachhaltige Nutzung der Ölpalme erweisen sich als wenig effektiv • Umweltverträglicher Anbau der Ölpalme wohl kaum möglich (und vielleicht gar nicht das Ziel...?!) ‐> Vorwurf des „Greenwashing“ der Produzenten durch RSPO Zweifel an nachhaltiger Nutzung der Ölpalme • Nur Wälder mit hohem Schutzwert sollen erhalten werden, es droht Fragmentierung von Primärwäldern • Trotz begrenztem Holzeinschlag führt Ausbau der Ölpalmen‐ plantagen weiterhin zu Bodenerosion und ökologischen Folgeschäden • Weiterhin kommt es zu illegaler Landnahme, Vertreibungen der indigenen Bevölkerung, Brandrodung, Zerstörung von Regenwäldern und Torfmooren Konfliktpotenziale: Beispiel Bananenanbau Bananenanbau in Monokultur • Bananenpflanze = Staudengewächs • Gattungen Ensete und Musa ‐> Musa x paradisiaca (Hybride) • Je Büschel bis zu 200 Einzelfrüchte (Beeren, OHNE Samen bei Kulturpflanzen ‐> steriler Pollen!) • In Europa eine (ehem.!) exotische Frucht • In vielen trop. Ländern ein Grundnahrungsmittel • Ernte immer von grünen Bananen (Erhalt der Süße) Bananenanbau in Monokultur • Banane ist Nr. 8 der am häufigsten angebauten Nahrungsmittel • Hauptanbauländer: Ecuador, Kolumbien, Panama, Costa Rica, Brasilien; Indien, Philippinen, China, Indonesien, Tansania • Hauptexporteure: Ecuador, Costa Rica, Kolumbien, Honduras • Weltmarktführer: Chiquita (22 %), Dole (26 %), Del Monte (15 %) • Deutschland importiert ca. 1,1 Mio t / Jahr Bananenanbau in Monokultur Südwind, Fact‐Sheet, 2012 Bananenanbau in Monokultur www.bananalink.org.uk Bananenanbau in Monokultur • Banane ist eine der ältesten Kulturpflanzen der Welt • Über 1.000 Sorten weltweit bekannt • Davon ca. 400 Obstbananensorten, der Rest umfasst Stärke‐ und Textilbananensorten (Fasern!) • In Europa und USA: Sorte Cavendish besonders verbreitet • Cavendish‐Bananenpflanzen: stete Wiederaufzucht von Schösslingen der Mutterpflanze ‐> alle Abkömmlinge genetisch gleich; zudem Anbau in Monokultur Bananenanbau in Monokultur • Monokulturen werden bedroht v.a. vom Erreger der Panamakrankheit • Auslöser bodenlebender Pilz Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc) • Vier versch. Pilz‐Stämme: „Tropical Race“ TR1 ‐ TR4 • Dringt in Wurzeln ein und blockiert Leitbahnen, so dass Wasser‐ und Nährstofftransport zum Erliegen kommt • Pilzsporen können Jahrzehnte im Erdreich überdauern Panamakrankheit http://www.plantmanagementnetwork.org/pub/php/ management/bananapanama/ http://www.plantmanagementnetwork.org/ elements/view.aspx?ID=211 http://www.spektrum.de/news/eine-welt-ohne-bananen/1344368 Fusarium oxysporum f. sp. cubense http://www.plantmanagementnetwork.org/pub/ php/review/2005/panama/ http://www.scilogs.de/fischblog/das-ende-derbanane-wie-wir-sie-kennen/ http://sciweb.nybg.org/science2/hcol/fusarium.asp.html Bananenanbau in Monokultur • TR1: ursächlich für Ausbreitung der Panamakrankheit in Lateinamerika zu Beginn 20. Jhd. • Auswirkung: Aufgabe des Anbaus der damals dominierenden Handelssorte „Gros Michel“ (bis Ende 1960er)! • Gegenmaßnahme: Anbau der Sorte Cavendish, die gegen TR1 resistent ist • Cavendish‐Sorte wird befallen von Foc‐Stamm „Tropical Race 4“ (TR4) ‐> kein Gegenmittel vorhanden! ‐> Zur Zeit keine TR4‐resistente Bananensorte bekannt! Bananenanbau in Monokultur • TR4 zuerst in Taiwan (1990er) festgestellt • Verbreitung über Indonesien, Malaysia, Philippinen, China • Andere Anbaugebiete lange nicht betroffen • 2014: Auftreten in Mosambik, Jordanien, Oman • Bedroht nun die Hauptanbaugebiete in Lateinamerika! • Dort seit den 1970er der Black Sigatoka‐Pilz verantwortlich für inzwischen große Ernteausfälle Gentechnisch veränderte Bananen Zukunftskonzepte mit Zukunft? • Erzielung verbesserter Anbaueigenschaften • Aber vor allem TR4‐resistente gv‐Bananensorte gewünscht! • 2010: erste Freilandversuche mit gv‐Bananen (Resistenz gegen Black Sigatoka‐Pilz; gegen Bakterium Xanthomonas campestris) in Uganda (Kooperation Nat Agricult Res Org + University of Queensland, Brisbane, Australien) ‐> Bisher noch keine gv‐Bananen am Markt eingeführt! Gentechnik hilft Bananenpflanzungen schützen Gentechnik hilft Bananenpflanzungen schützen Bakterien zeigen GFP‐Fluoreszenz in Anwesenheit von Fusarsäure BioBricks in Pseudomonas putida Exkurs: Fusarium als Biowaffe? • Geplanter Einsatz von Fusarium oxysporum f. sp. erythroxyli als „biological control agent“ durch USA gegen Kokapflanzen (Erythroxylum coca var. coca) in Kolumbien • Bereits seit 1980er Jahren suchen USA nach geeigneten (biologischen) Bekämpfungsmaßnahmen gegen Drogenpflanzen in Südamerika • 1987: besonders effektiver Fusariumstamm (Isolat EN‐4) aus befallenen Kokapflanzen einer Versuchsplantage auf Hawaii entdeckt • Weiterentwicklung und Testung von EN‐4 als Mykoherbizid Testung von Fusarium als Mykoherbizid Versuchsfeld mit Kokapflanzen behandelt unbehandelt http://publicpolicypress.com/Sands_Final_White_Paper.pdf Exkurs: Fusarium als Biowaffe? www.davidmoore.org.uk Exkurs: Fusarium als Biowaffe? • 1998: Überlegung, die Erlaubnis zum Einsatz des Pilzes mit der Erteilung eines 1,8 Mrd $ umfassenden US‐Hilfspakets zu verknüpfen • 2000: kolumbianische Regierung, Nachbarstaaten (Ecuador, Peru, Brasilien) sowie UN Office of Drug Control and Crime Prevention (UNODCCP) lehnen den Plan letztlich ab! • Wirtsspezifität bezweifelt (Erythroxylum: ~200 Arten!), Kontrolle der Ausbreitung? Veränderter Wirtstrophismus durch natürlich auftretende Mutationen? Mykotoxine?! ‐> Begründung: unkalkulierbare Risiken für Mensch & Umwelt! Biodiversität & Ökosystemleistungen • Biodiversität hat (i) Eigenwert, (ii) sichert Leistungsfähigkeit eines Ökosystems, (iii) ermöglicht Ressourcennutzung für Ernährung, Pharmazie, Materialwirtschaft und (iv) einen sozialen und gesundheitserhaltenden Wert für Menschheit • Eine durchdacht nachhaltige Nutzung natürlicher Ressourcen soll Biodiversität und damit Ökosysteme erhalten Globale Aspekte Strategische Ressourcen Grundversorgung Sicherheitspolitik Nationale Aspekte Energiepolitik Autarkiebestrebung Regionale Aspekte Versorgungspolitik geregelte Lebensumstände D A N K E !