Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen kommunizieren ständig über chemische Signale. Eine Forschungsgruppe zeigt nun, dass diese Signale in der Umwelt zu komplexen „chemischen Landschaften“ verschmelzen, die weit mehr bewirken als ihre einzelnen Bestandteile. Die Ergebnisse, veröffentlicht in Nature Ecology & Evolution, eröffnen neue Perspektiven auf das Verständnis von Biodiversität, Ökosystemen und den Folgen des globalen Umweltwandels. Die Arbeit entstand im Rahmen der DFG-geförderten Forschungsgruppe FOR 3000, die von der Universität Bielefeld koordiniert wird.

Die wichtigsten Fakten im Überblick:

• Forschende beschreiben erstmals umfassend, wie chemische Signale vieler Organismen zu dynamischen „Chemodiversitätslandschaften“ verschmelzen.
• Diese chemischen Landschaften können neue ökologische Wirkungen entfalten, die sich nicht aus einzelnen Stoffen allein erklären lassen.
• Die Ergebnisse liefern wichtige Ansätze, um Biodiversität besser zu verstehen und Ökosysteme angesichts von Klimawandel und Artenverlust wirksamer zu schützen.

Wie findet ein Schmetterling den passenden Partner und anschließend die richtige Pflanze für den Nachwuchs? Wie entdecken Bestäuber die attraktivsten Blüten? Viele Lebewesen verlassen sich dabei auf chemische Signale. Diese unsichtbaren Botschaften durchziehen Luft, Wasser und Boden und helfen Organismen, sich in einer komplexen Umwelt zurechtzufinden.

Eine internationale Forschungsgruppe hebt nun hervor, dass diese chemischen Signale nicht isoliert wirken. Vielmehr vermischen sich die von unterschiedlichen Organismen freigesetzten Stoffe in ihrer gemeinsamen Umwelt und bilden komplexe chemische Muster. Daraus entsteht eine dynamische „Chemodiversitätslandschaft“ – also die Gesamtheit chemischer Vielfalt in einem Lebensraum.

„Wir wissen bereits, dass einzelne chemische Stoffe wichtige Informationen transportieren. Unsere Arbeit zeigt, dass aus dem Zusammenspiel vieler Stoffe neue Eigenschaften entstehen können, die sich aus den Einzelkomponenten allein nicht vorhersagen lassen“, sagt Dr. Thomas Dussarrat von der Universität Bielefeld, einer der Hauptautoren der Studie.

Wenn aus Vielfalt neue Funktionen entstehen
Die Forschenden tragen in ihrer Übersichtsarbeit Erkenntnisse aus verschiedenen Bereichen der chemischen Ökologie zusammen. Die Autor*innen argumentieren, dass chemische Mischungen auf Landschaftsebene neue Wirkungen entfalten können. Fachleute sprechen von „emergenten Funktionen“. Gemeint sind Eigenschaften, die erst durch das Zusammenwirken vieler Bestandteile entstehen. Solche Effekte könnten beeinflussen, wie Pflanzen mit Bestäubern, Pflanzenfressern oder Mikroorganismen interagieren und damit ganze Ökosysteme prägen. Solche chemischen Muster könnten auch an den Übergängen zwischen Land- und Gewässerökosystemen entstehen und so Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Lebensräumen beeinflussen.

Bedeutung für Biodiversität und Klimawandel
Die Veröffentlichung entstand im Rahmen der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsgruppe FOR 3000 „Ecology and Evolution of Intraspecific Chemodiversity in Plants“, die an der Universität Bielefeld koordiniert wird. Seit 2020 untersucht sie die ökologische Bedeutung chemischer Vielfalt innerhalb von Pflanzenarten.

Zu den Leitautor*innen der Studie gehört auch Dr. Robin Heinen von der Technischen Universität München (TUM). „Mit dem Konzept der Chemodiversitätslandschaft erweitern wir den Blick von einzelnen Organismen auf ganze Lebensgemeinschaften. Dadurch können wir ökologische Prozesse in natürlichen Ökosystemen besser verstehen“, sagt Heinen.

Das neue Konzept hilft nicht nur dabei, ökologische Zusammenhänge besser zu verstehen. Es könnte künftig auch praktische Anwendungen ermöglichen, etwa beim Schutz biologischer Vielfalt, bei der Entwicklung nachhaltiger Landwirtschaft oder bei der Vorhersage von Folgen des Klimawandels.

Die Forschenden sehen deshalb großen Forschungsbedarf, um die Bedeutung dieser bislang weitgehend verborgenen Prozesse besser zu verstehen. Denn Umweltveränderungen wie Dürre, Klimawandel oder Artenverlust könnten auch die chemischen Landschaften der Natur verändern, mit Folgen für zahlreiche Wechselwirkungen zwischen Organismen.

Die Forschungsgruppe ist mit dem strategischen Fokusbereich InChangE der Universität Bielefeld verbunden. Das Netzwerk bündelt Forschung und Entwicklung zu Individualisierung in sich ändernden Umwelten.

Einschätzung von Professorin Dr. Caroline Müller, Sprecherin der Forschungsgruppe FOR 3000
„Die Studie verbindet viele bislang getrennt betrachtete Forschungsansätze und eröffnet eine neue Perspektive auf die Rolle chemischer Vielfalt in Ökosystemen. Besonders spannend ist, dass sie zeigt, wie aus dem Zusammenspiel vieler chemischer Signale neue Funktionen entstehen können. Das hilft uns, die Komplexität natürlicher Lebensgemeinschaften besser zu verstehen und die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf die biologische Vielfalt genauer einzuordnen.“