Between Rear and Leading Edge - Juniper woodlands on the southern Tibetan Plateau - A high mountain forest-line-ecosystem under environmental change

Autor: Opgenoorth, Lars
Přispěvatelé: Ziegenhagen, Birgit, (Prof. Dr.)
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2010
Předmět:
DOI: 10.17192/z2009.0711
Popis: Because of the eco-systematic significance of forests and their close link to the climatic history a large part of paleo-ecological research has dealt with the history of forests during the Pleistocene climatic oscillations. On the basis of these efforts the global patterns of vegetation and forest histories could largely be reconstructed especially by means of pollen analysis, macrofossils and finally phylogeography. However, in recent years an increasing number of studies have shown that microrefugia in temperate and boreal areas, often called cryptic refugia, had been overlooked by traditional methods. As a consequence the importance of these microrefugia for the conservation of genetic diversity, as well as their role in postglacial re-expansions has not been adequately acclaimed. Furthermore it became obvious in recent years that the early anthropogenic influence on the forest histories was not sufficiently reflected in the paleo-ecological sciences. This potentially led and still leads to a considerable bias in climatic parameters derived from paleo-ecological reconstructions. In this context the cumulative dissertation here presented deals with the forest history of the Tibetan Plateau. It postulates a special significance of high-mountain areas for the preservation of microrefugia. In the included four articles both classical as well as molecular genetic methods were used to reconstruct the forest history of the Southern Tibetan Plateau as exemplified by the Tibetan juniper forests. In paper I current forest remains were mapped and characterized. According to these findings forest and woodland relics were found in large parts of the southern Tibetan Plateau. Natural reproduction on many of these sites, as well as reforestation trials showed that the area is potentially forested under current climatic conditions. In paper II charcoal analytical investigations showed that up to the late Holocene the Tibetan juniper forests had a broader distribution range. The reduction to the current extent was interpreted as a consequence of anthropo-zoogenic pressure in combination with dessiccation. However, to support these findings high resolution charcoal data bases will be needed in the future. The necessary anthracological potential in the geo-archives of the southern Tibetan Plateau could be demonstrated through this work. By means of molecular genetic analysis paper III could show that unlike former assumption the juniper forests of the southern Tibetan Plateau survived in microrefugia on the plateau platform itself throughout today’s range. Furthermore it could be shown that the Himalayan juniper populations did not contribute significantly to the postglacial expansion on the plateau. The observed patterns along with the known mutation rates in the used chloroplast markers indicate a late tertiary origin of the spatial genetic patterns. In addition, the numerous decentralized microrefugia as well as the high number of private haplotypes therein demonstrate the potential importance of high mountain areas with their heterogenic topographies and microclimates for the conservation of genetic resources. Finally paper IV provided technical resources for subsequent analysis of genetic resources within the Tibetan juniper forests. By means of next generation sequencing a set of microsatellite marker were developed that will enable us to analyze gene flow, as well as nuclear genetic diversity. Furthermore these markers are a foundation to realize the research agenda proposed in the outlook of the dissertation.
Aufgrund der ökosystemaren Bedeutung von Wäldern und ihrer engen Kopplung an das Klima setzen sich weite Teile der Paläoökologie mit der Geschichte der Wälder im Zuge pleistozäner Klimaoszillationen auseinander. Weltweit konnten so die Grundzüge der Ve-getations- und Waldgeschichte mit Hilfe der Pollenanalyse, Analyse von Makrofossilien und zuletzt der Phylogeographie erkundet werden. Allerdings kamen in den letzten Jahren vermehrt Hinweise auf, die zeigen, dass Mikrorefugien und ihre Bedeutung für die Konservierung von genetischem Material, sowie ihrer Bedeutung bei der postglazialen Wiederbesiedlung lange Zeit übersehen wurden. Diese übersehenen Refugien werden Kryptische Refugien genannt. Ausserdem wurde in den letzten Jahren deutlich, dass der z.T. sehr gravierende und vor allen Dingen frühe menschliche Einfluss auf Vegetations- und insbesondere Waldentwicklung in der Paläoökologie keine angemessene Berücksichtigung fand. Daher kam und kommt es zu Mißinterpretationen bei der Ableitung von Klimaparametern und der Prognose zukünftiger Vegetationsentwicklung. Die hier vorliegende kumulative Dissertation bearbeitet die Waldgeschichte des Tibetischen Plateaus vor diesem Hintergrund und postuliert eine besondere Bedeutung von Hochgebirgslandschaften für den Erhalt von Mikrorefugien. In insgesamt 4 Artikeln werden sowohl klassiche paläoökologische Methoden sowie molekulargenetische Methoden verwendet, um die Waldgeschichte Südtibets am Beispiel der Wacholderwälder zu rekonstruieren. Da das Tibetische Plateau heute in weiten Teilen durch alpine Steppen, Hochgebirgshalbwüsten und Weideländern geprägt ist und neben Auwäldern nur vereinzelt Waldinseln und Einzelbäume auf Normalstandorten auftreten, wurde die Waldgeschichte des Plateaus lange Zeit übersehen. Im ersten Teil dieser Arbeit (Paper I) wurden die aktuell bzw. historisch bis in die 1960er Jahre hinein existierenden Wacholderwälder kartiert und charakterisiert. Demnach sind in weiten Teilen des südlichen Plateaus Waldrelikte vorhanden. Die natürliche Verjüngung an vielen dieser Standorte, sowie Versuche in Baumschulen zeigen, dass das Waldpotential auch unter derzeitigen Klimabedingungen gegeben ist. Ungeklärt bleibt hingegen die Ursache für die extreme Diskrepanz zwischen der hohen Anzahl an Beerenzapfen und dem geringen Anteil an vitalen Embryonen. Die Tatsache, dass dieses Phänomen in unterschiedlichen Wacholderarten unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen weltweit beobachtet wurde macht einen Zusammenhang mit klimatischen Stress allerdings unwahrscheinlich. In Paper II wird mit Hilfe von Holzkohleanalysen gezeigt, dass bis ins späte Holozän die Wacholderwälder Südtibets weiter verbreitet waren. Ihre Reduzierung auf das heutige Maß wird mit wachsendem menschlichen Einfluss einschliesslich der Yakviehhaltung im Zusammenspiel mit klimatischer Austrocknung gedeutet. Um diese Befunde zu bekräftigen ist allerdings in Zukunft die Erarbeitung hochauflösender Holzkohledatenbanken notwendig. Das dazu nötige anthrakologische Potential in den Geoarchiven Südtibets konnte mit dieser Arbeit aufgezeigt werden. Im Dritten Artikel (Paper III) wird mit Hilfe molekulargenetischer Methoden gezeigt, dass entgegen bisheriger Annahmen die Wacholderwälder Südtibets im Letzten Glazialen Maximum auf dem Tibetischen Plateau in Mikrorefugien überdauerten. Auch konnte gezeigt werden, dass die himalayischen Wacholderbestände nicht wesentlich zu einer postglazialen Wiederbesiedlung des Plateaus beigetragen haben. Die hohe Anzahl privater Haplotypen auf dem Plateau sowie die gewöhnlich geringen Mutationsraten im Chloroplastengenom machen sogar eine Entstehung der beobachteten genetischen Muster im späten Tertiär plausibel. Darüber hinaus demonstrieren diese zahlreichen dezentralen Mikrorefugien, sowie die hohe Anzahl endemischer Haplotypen das Potential von Hochgebirgslandschaften mit ihren heterogenen Topographien für den Erhalt genetischen Ressourcen. Das rein methodische Paper IV liefert Grundlagen für die weitere Erforschung dieser genetischen Ressourcen und ihrer Verteilung in der Landschaft. Mit Hilfe von Hoch-Durchsatz-Sequenziermethoden wurden Mikrosatelliten entwickelt, die bei der Analyse von aktuellen Genflüssen, sowie nukleärer Diversität zum Einsatz kommen sollen. Darüber hinaus sind sie die Grundlage um die in Paper V und im Kapitel Outlook skizzierten Forschungsvorhaben zu realisieren.
Databáze: OpenAIRE
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