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Von Gräsern und Grasern

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 18.08.2015 09:20

Die Savanne ist Afrikas typischer Lebensraum, mehr noch als Urwald oder Wüste. Dabei ist sie ein noch relativ junges Ökosystem, vermutlich nur wenige Millionen Jahre alt. Graslandschaften wie die afrikanischen Savannen oder die nordamerikanischen Prärien gäbe es nicht, wenn sich nicht vor geologisch recht kurzer Zeit im Pflanzenreich eine folgenreiche Innovation entwickelt hätte. Eine Gruppe Geowissenschaftler hat am Beispiel Ostafrikas die Entwicklung des Ökosystems Savanne rekonstruiert. In den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften berichten sie darüber.

Afrikanische Savanne: Wo jetzt noch Gras das Landschaftsbild dominiert, könnte in 2100 ein Wald stehen. (Bild: Steven Higgins)Wann genau der C4-Stoffwechsel entwickelt wurde, ist nicht ganz klar, doch seine Wurzeln dürften ins Oligozän vor etwa 30 Millionen Jahre zurückreichen. Unabhängig voneinander entwickelten verschiedene Pflanzenfamilien einen Weg mit sinkenden Kohlendioxidgehalten der Luft besser zurechtzukommen. "Es waren kleine Kniffe, um das Kohlendioxid vorzukonzentrieren, bevor es in der Photosynthese zu Zuckern verstoffwechselt wurde", erklärt Thure Cerling, Professor für Geochemie an der Universität Utah und einer der führenden Forscher in Sachen Entwicklung der heutigen Landschaften. Zu den sogenannten C4-Pflanzen, die diese "Kniffe" kultivierten, gehören vor allem, aber nicht nur Gräser. Auch nahezu alle Hauptgetreidearten, auf die der Mensch seine Ernährung aufbaut, zählen zu dieser jungen und durchsetzungsstarken Pflanzengruppe. Sie konnten durch diese Errungenschaften gleich auch noch besser mit hohen Temperaturen und Wasserknappheit umgehen als die C3-Pflanzen, zu denen etwa Büsche und Bäume gehören.

Mit einiger Verspätung hatte die Innovation weitreichende Folgen. "Vor zehn Millionen Jahren steuerten die C4-Pflanzen ungefähr ein Prozent zur Produktivität der afrikanischen Ökosysteme bei", erklärt Thure Cerling, "heutzutage sind es mehr als 50 Prozent." Weltweit sind diese Pflanzen immerhin noch für 30 Prozent der Produktivität verantwortlich - je wärmer und trockener die Bedingungen sind, desto erfolgreicher sind Gräser und Co.. "Wir wissen allerdings kaum, wie C4-Pflanzen es geschafft haben, so große Teile der Photosynthese-Produktivität zu übernehmen", erklärt Cerling. Den Wissenschaftlern fehlen einfach die Nachweise aus der Vergangenheit, denn Gräser hinterlassen kaum Spuren in der geologischen Überlieferung. "Man findet gelegentlich Samen, und wir haben Pollen", betont der Geowissenschaftler, "aber damit kann man kaum mehr tun, als die Zugehörigkeit zu den Gräsern zu bestimmen. Wie die Entwicklung hin zu den Savannen verlaufen ist, ist weitgehend unsichtbar."

Thure Cerling hat mit Kollegen wie Kevin Uno einen Weg gefunden, zumindest die Reaktion der Tierwelt auf das neue Nahrungsangebot zu rekonstruieren. "Wir lesen die stabilen Kohlenstoffisotopen aus dem Zahnschmelz aus und rekonstruieren daraus die Hauptnahrungspflanzen", so Cerling, "denn die Kohlenstoffisotopen von C4-Pflanzen sind andere als bei C3-Pflanzen." Der Wissenschaftler hat vor fast 30 Jahren mit solchen Arbeiten begonnen.

Fast 2000 Zähne heutiger Tiere aus insgesamt 30 Ökosystemen haben die Forscher auf ihre Kohlenstoffisotope untersucht, hinzu kamen fast 1000 Zähne ausgestorbener Arten, die vor vier bis einer Million Jahre Ostafrika bevölkerten. "Wir haben diese Region gewählt, weil sie extrem gut datiert ist", so Cerling. Die gute Datenlage in Ostafrika ergibt sich vor allem aus der Bedeutung der Region für die Entwicklung unserer eigenen Art, denn zwischen Äthiopien und Tansania sind die meisten Fossilien aus der frühen Phase der Menschheitsentwicklung gefunden worden.

Elefant. (Bild: Holger Kroker)Offenbar konnten anfangs nur wenige Tiere der neuen Nahrung widerstehen. "Unter Pflanzenfressern ist die Konkurrenz sehr stark", erklärt Kevin Uno, "wenn dann eine neue Nahrungsquelle auftaucht, wird jede Gruppe sie ausprobieren." Von den Schweinen zu den Antilopen, von den Elefanten zu den Primaten haben sich auch tatsächlich alle großen Säugetiergruppen an einer Grasdiät versucht. Es gab Elefantenarten, die komplett auf Gras umstiegen, etwa die damaligen Verwandten der heutigen Indischen Elefanten. Sie besiedelten damals Ostafrika ebenso wie verschiedene Verwandte des Afrikanischen Elefanten, von denen mindestens eine Art auch mit Gras als Hauptnahrung experimentierte. Die meisten Versuche scheiterten. Die afrikanischen Verwandten der Indischen Elefanten starben etwa aus, auch fast alle Mitglieder der großen Gruppe der Schweineartigen, die sich zu sehr auf eine Grasdiät versteift hatten. Heute leben nur noch die Warzenschweine von Gräsern. Wirklich erfolgreich waren nur die Büffel und die Antilopen, die als Wiederkäuer eine andere Strategie der Verdauung verfolgten und mit den widerstandsfähigen Gräsern gut klar kamen. Die meisten anderen Säugetiergruppen gaben die Grasdiät vor etwa einer Million Jahre wieder auf und kehrten zurück zu Bäumen und Büsche.

Den Ökologen bereiten die Ergebnisse der Studie ein Problem. "Betrachtet man die Hauptnahrungsquelle der Tiere, die vor zwei Millionen Jahren gelebt haben und vergleicht sie mit ihren heute lebenden Nachfahren, kann sich da also viel verändert haben", sagt Kevin Uno. Das Problem: Bisher hat man angenommen, dass sich auf dem Speiseplan von Vorläufer zu Nachkomme keine grundsätzlichen Änderungen ergeben und hat daher aus dem Fund von entsprechenden Fossilien auf ähnliche Ökosysteme in der Umgebung geschlossen. Die Gegenwart ist aber nicht unbedingt der Schlüssel zur Vergangenheit, wie gerade das Beispiel des Elefanten zeigt. "Wenn Sie heute mit einem Ökologen reden, sind die Elefanten zentral, wenn es darum geht, die offenen Savannen zu erhalten, denn sie fressen Laub und gehen dabei sehr zerstörerisch mit den Bäumen um", sagt Thure Cerling, "unsere Analysen zeigen jedoch, dass sie vor einer Million Jahre gerade keine Laubfresser waren, sondern die Savannen abweideten."