Komplexe Umweltveränderungen wie steigende Temperaturen, extreme Wetterereignisse oder Wasserverschmutzung können das Ökosystem eines Süßwassersees verändern und irreversibel schädigen. Das zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt und der Universität Birmingham unter Federführung von Niamh Eastwood und Professorin Luisa Orsini anhand eines KI-Modells. An dem Projekt beteiligt ist auch Professor Henner Hollert vom LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik (TBG) in Frankfurt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift eLife veröffentlicht.

Mittels Wetter- und Klimadaten sowie Daten aus einem Sedimentbohrkern des Sees kann mit dem Modell zum einen erklärt werden, wie Ökosysteme auf komplexe Umweltveränderungen in den letzten Jahren reagiert haben, zum anderen ökologische Gefahren frühzeitig aufgezeigt werden. Das deutsch-britische Wissenschaftsteam untersuchte dafür den Sedimentbohrkern des Sees „Ring Lake“ bei Braedstrup in Dänemark, wo sich mineralische, organische und chemische Artikel über einen langen Zeitraum abgelagert haben. Weiterhin analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler DNA-Reste von Pflanzen, Tieren und Bakterien sowie Pestizide oder Herbizide, die im Laufe der Zeit in den See gelangt sind.

„Der von uns untersuchte ‚Ring Lake‘ in Dänemark ist ein Gewässer, das zu Beginn des 20. Jahrhunderts kaum belastet war. Im Laufe des Jahrhunderts war der See dann erheblichen Umweltbelastungen ausgesetzt, während sich in den letzten Jahren des 20. Jahrhundert die Wasserqualität deutlich verbessert hat“, erklärt Prof. Henner Hollert, Umwelttoxikologe an der Goethe-Universität Frankfurt, Fraunhofer IME und dem LOEWE Zentrum TBG für Translationale Biodiversitätsgenomik. Obwohl sich die landwirtschaftliche Nutzung in der Umgebung des Sees verringerte und sich die Wasserqualität dadurch verbesserte, konnte das Forschungsteam dennoch feststellen, dass der ursprüngliche ökologische Zustand des Sees nicht wiederhergestellt werden konnte. Henner Hollert erläutert: „Wir konnten zeigen, dass der Schwund der Artenvielfalt in einem Ökosystem nicht komplett reversibel ist: Die Lebensgemeinschaft funktioniert nicht mehr so wie vorher, da Arten fehlen, die bestimmte Ökosystemleistungen in dem System erbracht haben.“

Die von den Wissenschaftler:innen so genannte „Zeitmaschine für die Biologische Vielfalt“ soll nun noch in weiteren Forschungsprojekten und Gewässern getestet werden. Ziel sei es, „den Behörden ein Warnsystem an die Hand zu geben, womit ökologisch bedrohliche Entwicklungen frühzeitig abgeschätzt und Gegenmaßnahmen ergriffen werden können“, so Hollert.