„Es ist fünf nach zwölf.“ „Die Situation ist katastrophal.“ „Das Artensterben direkt vor unserer Haustür ist so dramatisch wie im tropischen Regenwald.“ Wer einen Tag mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Botanischen Gartens Berlin verbringt, hört Sätze, die noch lange im Ohr bleiben. Es ist die zweite große Katastrophe neben der Klimakrise, die hier ständig präsent ist: der rasante Verlust der Biodiversität auf der Erde.

Der 2019 veröffentlichte Bericht des Weltbiodiversitätsrates geht davon aus, dass rund eine Million Tier- und Pflanzenarten akut vom Aussterben bedroht sind. Jeden Tag verschwinden etwa 130 Arten – viele, bevor sie entdeckt werden. Die rund 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Botanischen Gartens, der seit 1995 eine Zentraleinrichtung der Freien Universität Berlin ist, wollen dem Aussterben von Pflanzen, Algen und Pilzen etwas entgegensetzen. Sie versuchen, möglichst viele Arten zu erhalten und ihre genetische Vielfalt zu sichern. Sie erforschen die komplexen Grundlagen für den biologischen Reichtum auf unserem Planeten.

„Vielen Menschen ist klargeworden, dass sich etwas verändern muss. Das gesellschaftliche Interesse an biologischer Vielfalt, Klima und Nachhaltigkeit ist enorm“, sagt Professor Thomas Borsch, der seit 2008 Direktor des Botanischen Gartens und Botanischen Museums ist.

Belege von Alexander von Humboldt lagern im Botanischen Garten

In den roten Backsteingebäuden im Botanischen Gartenstehen für die Forscherinnen und Forscher wissenschaftliche Schätze der Vergangenheit und Hightech gleichermaßen bereit. Bis 2030 soll das größte Herbar Deutschlands mit vier Millionen Belegen, die zum Teil noch von Alexander von Humboldt stammen, komplett digitalisiert und online durchsuchbar sein. In der DNA-Bank werden bei minus 80 Grad 30.000 Gewebe- und DNA-Proben aufbewahrt. Und die Saatgutbank enthält 13.000 Aufsammlungen – darunter viele seltene und gefährdete Arten.

„Das Besondere ist, dass wir all diese Ressourcen digital miteinander verknüpft zur Verfügung stellen“, sagt Thomas Borsch. „Dazu gehören auch die Daten unserer Lebendsammlung im Garten – mit nahezu 20.000 Arten gehört sie zu den größten der Welt.“ Erst die Verknüpfung von Organismen, Forschungsdaten und Informationen über Lebensräume und menschliche Einflüsse ermögliche universale Biodiversitätsforschung.

Das erste vollständige Inventar aller Kakteenarten 

Bislang fehlen für viele Regionen der Erde Informationen, welche Pflanzenarten dort überhaupt wachsen und bei welchen Bedingungen sie gedeihen. Ein erster Schritt für die Planung effektiver Schutzmaßnahmen sind also Art-Inventare oder Checklisten, wie sie Nadja Korotkova erstellt. Die promovierte Botanikerin hat den derzeit wohl besten Überblick über die wissenschaftliche Benennung von Kakteen. Zwei Jahre lang koordinierte sie ein internationales Team von 15 Forscherinnen und Forschern, das nun das erste vollständige Inventar aller Kakteenarten mit einer Zuordnung aller publizierten Kakteennamen erstellt hat. Solche wissenschaftlichen Pflanzennamen werden seit Mitte des 18. Jahrhunderts publiziert, wobei aber nicht immer klar ist, ob solche Namen ausunterschiedlichen geografischen Regionen wirklich für verschiedene Arten stehen. Hier ist die internationale Zusammenarbeit entscheidend, um zu klären, was nach evolutionsbiologischen Kriterien die gut abgegrenzten Arten sind.

Forschung im Austausch

Momentan sind weltweit 1851 Kakteenarten mit insgesamt 22275 Namen in der Checkliste erfasst. Die Liste ist Teil des Kompendiums „World Flora Online“, die als zentrales Programm innerhalb des internationalen Übereinkommens über die biologische Vielfalt das Wissen über die Artendiversität von Pflanzen zusammenfasst und verfügbar macht. An diesem und zahlreichen weiteren Inventaren für einzelne Regionen oder Pflanzenfamiliensind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Botanischen Gartens Berlin maßgeblich beteiligt.

Für ihre Forschungen hat Nadja Korotkova am Botanischen Garten Berlin ideale Bedingungen. Zentral sei dabei das weitgespannte internationale Netzwerk, das seit Jahrzehnten gepflegt wird. „Während wir das technische Know-how für komplexe Datenbanken haben und die Infrastruktur bereitstellen, kennen die Kolleginnen und Kollegen vor Ort die Pflanzen in ihren Lebensräumen viel besser“, erläutert sie. Vor hundert Jahren konnten am Botanischen Garten Forscher wie Carl Moritz Schumann noch im Alleingang die wegweisende „Gesamtbeschreibung der Kakteen“ verfassen. Heute sei Forschung ohne Austausch mit Einrichtungen im Verbreitungsgebiet der Kakteen gar nicht mehr denkbar.

Forschen in weltweiten Teams

Forschungspartnerschaften zwischen Europa und biodiversitätsreichen Ländern waren lange alles andere als gleichberechtigt. Am „Königlich Botanischen Garten“ war seit 1891 die „Botanische Zentralstelle für die deutschen Kolonien“ eingerichtet. Damals wurden Pflanzen aus Kamerun, Tansania oder Neuguinea überwiegend in Berlin erforscht. Heute wird in Netzwerken und auf Augenhöhe gearbeitet. Dabei spielen Partnerinstitutionen in vielen Ländern der Welt eine wichtige Rolle, wie die wissenschaftliche Koordinatorin Eva Häffner erläutert: „Viele der dringend benötigten Erkenntnisse zur Biodiversität lassen sich nur in internationaler Kooperation gewinnen, denn Arten kennen keine Ländergrenzen. Wir arbeiten dabei im Sinne des Übereinkommens über die biologische Vielfalt der Vereinten Nationen.“ Sein Ziel ist unter anderem der Schutz der Biodiversität und ihre nachhaltige Nutzung.

Eva Häffner arbeitet an den Schnittstellen zwischen Forschung, Gesellschaft und Politik. In nationalen und internationalen Fachgremien entwickelt sie etwa Handlungsempfehlungen, um die Politik bei strategischen Entscheidungen zu unterstützen, wenn es um die Erforschung und den Schutz der Biodiversität geht.

Kooperation mit dem Instituto Humboldt in Bogotá und der Universidad del Norte in Barranquilla

Wie internationale Partnerschaften und interdisziplinäre Kooperation mit anderen Instituten der Freien Universität sich erfolgreich verbinden lassen, zeige etwa das Projekt „ColBioDiv“. Ziel war es herauszufinden, wie die Biodiversität in zwei dicht besiedelten kolumbianischen Regionen geschützt und nachhaltig genutzt werden könnte. Dafür arbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Botanischen Gartens, des Lateinamerika-Instituts und des Instituts für Geographische Wissenschaften der Freien Universität mit Partnern des Botanischen Gartens und des Instituto Humboldt in Bogotá sowie der Universidad del Norte in Barranquilla zusammen.

Pflanzen wieder ansiedeln

In Deutschland zerstören intensive Landwirtschaft und Entwässerung viele Lebensräume. Oft bleiben dazwischen nur kleine Inseln, auf denen seltene Arten mit Glück überleben. Doch selbst wenn man diese Orte unter Schutz stellt, sind die Arten damit nicht gerettet, erklärt Dr. Elke Zippel, die Kustodin der Dahlemer Saatgutbank. Biologische Vielfalt, das bedeutet auch genetische Vielfalt. Und wenn es nur noch wenige Individuen einer Art gibt, wird deren Genpool immer kleiner. Deshalb werden im Projekt „Wildpflanzenschutz Deutschland“ die Samen von gefährdeten Arten gesammelt und in vier regionalen Saatgutbanken aufbewahrt. Werden die Samen gesichert, können später damit Pflanzen nachgezogen und an anderen Standorten angesiedelt werden. Wiederansiedlungsprogramme für gefährdete Pflanzen sind in Europa vergleichsweise neu.

Saatgut gekühlt auf minus 24 Grad

Elke Zippel hat sich zum Ziel gesetzt, von einem Großteil der im Nordosten und Osten Deutschlands vorkommenden Pflanzenarten Samen in die Dahlemer Saatgutbank einzulagern; für diese Region ist sie zuständig. Dazu werden die Samen bei 15 Grad und 15 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet. Anschließend werden sie mit Trockenperlen luftdicht in Gläser gepackt und bei minus 24 Grad Celsius eingefroren. „In jedem Samen steckt ein kleiner Pflanzenembryo“, erläutert Elke Zippel. „Durch das Trocknen und Einfrieren verlangsamen wir seine Stoffwechselaktivitäten und können ihn so für Jahrzehnte am Leben erhalten.“ Um sicherzugehen, werden alle fünf Jahre zwanzig Samenkörner jeder Aufsammlung in Petrischalen gelegt und in den Kulturschränken im Nachbarraum zur Keimung gebracht.

Tauchen für die Wissenschaft

Im Keller nebenan sprießen keine Pflanzen. Hier vermehren sich Kieselalgen, sogenannte Diatomeen: Photosynthese betreibende Mikroorganismen, die man früher für Tiere hielt, weil sich manche Arten aktiv in verschiedene Richtungen bewegen können. Anhand der Strukturen ihrer Kieselschalen können Spezialistinnen und Spezialisten die Arten der Einzeller unterscheiden, wie Jonas Zimmermann, promovierter Leiter der Forschungsgruppe Diatomeen, erklärt: „Kieselalgen sind mikroskopisch klein, ihre Strukturen liegen im Nanometerbereich. Außerdem ähneln sich viele Arten sehr, sodass es selbst für Expertinnen und Experten schwer ist, sie immer genau zu bestimmen.“ Obwohl durch den Berliner Mikrobiologen Christian Gottfried Ehrenberg bereits vor rund 200 Jahren die Beschreibung vieler Diatomeenarten gelang, wurde bis heute nur ein Bruchteil der geschätzten 25.000 bis 250.000 Arten beschrieben.

Sie leben in allen Gewässern der Erde in Böden und auf den Blättern tropischer Bäume. Manche Arten benötigen sehr reines Wasser, andere gedeihen in Lebensräumen, in die der Mensch stark eingegriffen hat. Die Zusammensetzung der Arten an einem Standort wird deshalb bereits seit mehr als hundert Jahren zur Bestimmung der Gewässergüte genutzt. Jonas Zimmermann erläutert die Schwierigkeiten: „In Proben aus Berliner Gewässern leben oft viele Arten derselben Gattung, da muss man dann 40 mikroskopisch kleine Kleckse auseinanderhalten.“ Er etablierte für die Kieselalgen deshalb eine ergänzende Methode, mit der die Arten deutlich besser bestimmt werden können und mit der die DNA für die Datenbank gewonnen werden kann. Erst wenn von einer Gewässerprobe eine ausreichende Menge an Diatomeenzellen vorhanden ist, können sie morphologisch und genetisch untersucht und bestimmt werden.

Atmen dank Kieselalgen

Wofür der ganze Aufwand? Warum wäre es so schlimm, wenn ein paar Diatomeenarten unentdeckt ausstürben? „Nehmen Sie mal bewusst vier Atemzüge“, antwortet Zimmermann auf solche Fragen. „Für einen dieser vier Atemzüge müssen Sie jetzt den Kieselalgen danken, denn sie produzieren mindestens ein Viertel des Sauerstoffs in unserer Atmosphäre.“ Diatomeen sind die Grundlage für die komplexen Nahrungsnetze. In der Antarktis konnte Jonas Zimmermanns Team beobachten, welche Auswirkungen es hat, wenn Kieselalgen verschwinden: „In den polaren Sommermonaten wachsen Diatomeen an der Unterseite des Meereises. Durch den Klimawandel sind nun aber manche Buchten im Sommer völlig eisfrei. Ohne Kieselalgen fehlt dem Krill die Nahrung. Dadurch wird einigen Arten von Pinguinen, Walen und Robben die Nahrungsgrundlage entzogen.“

Ein neues Gebäude für 
die Biodiversitätsforschung

Um genomische Ansätze in der Biodiversitätsforschung wie das Metabarcoding voranzubringen, hat der Botanische Garten Berlin 2012 mit den beiden Fachbereichen Biologie, Chemie, Pharmazie sowie Mathematik und Informatik der Freien Universität, mit der Universität Potsdam und drei Leibniz-Instituten (Institut für Gewässerbiologie, Institut für Zoo- und Wildtierforschung sowie Museum für Naturkunde) das „Berlin Center for Genomics in Biodiversity Research“ gegründet, das seine Labore im Botanischen Garten betreibt. „In Zukunft werden die Wechselwirkungen zwischen Ökosystemen im Wasser und an Land noch viel stärker in den Fokus der Forschung rücken“, sagt Matthias Rillig, Professor für die Ökologie der Pflanzen am Institut für Biologie der Freien Universität. „Viele Stoffe werden zwischen terrestrischen und aquatischen Systemen ausgetauscht, Organismen bewegen sich zwischen Land und Wasser. Deshalb gehen wir davon aus, dass man viele Forschungsfragen auf das jeweils andere System übertragen kann“, erläutert der Wissenschaftler. Ein Beispiel dafür ist Mikroplastik, das nicht nur in den Ozeanen eine große Gefahr für Lebewesen ist. Matthias Rillig und sein Teambearbeiten seit einigen Jahren intensiv das Thema Mikroplastik im Boden, wo es völlig andere Effekte hat als im Wasser.

Die Biodiversitätsforschung der Freien Universität sei vor allem für Ökosysteme an Land und im Boden gut aufgestellt, sagt Matthias Rillig. Deshalb sei es sinnvoll, sich mit Partnern zu vernetzen. Bereits 2013 wurde das „Berlin-Brandenburgische Institut für Biodiversitätsforschung“ gegründet, an dem die drei Berliner Universitäten, die Universität Potsdam und fünf Leibniz-Institute beteiligt sind. In Zukunft soll die Zusammenarbeit zwischen dem Leibniz-Institut für Gewässerökologie und der Freien Universität Berlin noch weiter intensiviert werden. Im vergangenen September fand das Richtfest für das neue Wissenschaftsgebäude Biodiversität statt, nur 500 Meter vom Eingang des Botanischen Gartens an der Königin-Luise-Straße entfernt. Hier werden auch Teile des stetig wachsenden „Berlin Center for Genomicsin Biodiversity Research“ unterkommen. Auch einer der Arbeitsbereiche des Labors von Matthias Rillig wird in das fünfeckige Gebäude einziehen. Diese Gruppe will herausfinden, wie stabil mikrobielle Biosphären sind, abgeschlossene Mini-Ökosysteme, die bisher fast ausschließlich im Wasser untersucht wurden. Rillig ist sich sicher, dass die räumliche Nähe zu anderen Arbeitsgruppen im neuen Gebäude schnell weitere Forschungsfragen aufwerfen wird: „Die Biodiversitätswissenschaften sind ein riesiges Themengebiet. Man weiß nie, was sich ergibt, wenn man verschiedene Ansätze und Disziplinen in Verbindung bringt. Und genau das ist das Spannende daran.“