Biodiversität und Klima Forschungszentrum

Ziel des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums ist es, zu erforschen, wie sich biologische Vielfalt und Klima gegenseitig beeinflussen und verändern. Mit innovativen Forschungsansätzen und unter Einsatz eines breiten Spektrums moderner Methoden – von der satellitengestützten Fernerkundung der Klima-, Areal- und Ökosystemreaktionen bis hin zur Molekulargenetik und Massenspektrometrie – dokumentieren und analysieren wir dazu vergangene und gegenwärtige Ereignisse und Prozesse, um darauf basierend verlässliche Projektionen und Entscheidungsgrundlagen für die Zukunft zu erarbeiten. Wir untersuchen Gene, Arten und Ökosysteme sowie Prozesse, die mehrere Jahre dauern bis hin zu Prozessen, die sich über Jahrmillionen erstrecken. Inhaltliche Forschungsschwerpunkte sind:

• Geobiodiversität und Klima: Der Einfluss des Klima- und Landschaftswandels auf die biologsiche Diversität und Ökosystemfunktionen
• Genomische Evolution und Klima: Der Einfluss des Klimas auf die genetische und genomische Diversität
• Ökosystemleistungen und Klima: Der Einfluss des klimabedingtem Biodiversitätswandels auf sozial-ökologische Systeme

Das Zentrum stellt durch seine Tätigkeit sowohl auf regionaler, nationaler und europäischer Ebene, als auch auf globaler Ebene wissenschaftliche Expertise zur Verfügung, wie sie für die umfassende Erforschung und für das Management klimawandelbedingter, ökologisch und medizinisch relevanter Biodiversitätsveränderungen benötigt wird. Dadurch tragen wir auch zur Erfüllung internationaler Übereinkommen wie der UN-Biodiversitätskonvention, der UN-Klimarahmenkonvention, der EU-Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie oder der EU-Wasserrahmenrichtlinie bei.

Das heutige Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum (SBiK-F) wurde 2008 als Biodiversität und Klima Forschungszentrum von der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung (SGN) als Träger der Senckenberg Forschungsinstitute und Naturmuseen (SFN) und der Goethe-Universität Frankfurt am Main (GU) gemeinsam mit dem Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) und weiteren Partnern gegründet. Nach einer sechsjährigen Förderung im Rahmen der hessischen Landes‐Offensive zur Entwicklung wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE) ist das Zentrum mit Wirkung zum 1. Januar 2015 Teil der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung. Mit der Integration wurde das neue „Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum“ zugleich in die Leibniz-Gemeinschaft aufgenommen und verstetigt.

Unsere Aufgabe besteht darin, die Integration bio- und geowissenschaftlicher Daten in vergangene Geobiodiversitätsdynamiken zu fördern und Modelle zu entwickeln, um potenzielle Zukunftsszenarien, insbesondere im Hinblick auf den Klimawandel, zu simulieren. Wir bieten Kompetenzen im und Zugang zu High-Performance-Computing, Umweltdaten (z. B. Klima- und Erdbeobachtung), Biostatistiken, Umweltmodellierung sowie Datenspeicherung und -archivierung.

• IPBES: Technische Support Unit für Science-Policy-Data im Rahmen der UN Intergovernmental Science-Policy Platform of Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) 

• BIOfid: Der Fachinformationsdienst Biodiversitätsforschung (BIOfid) bietet Wissenschaftlern Zugang zu historischer und aktueller Biodiversitätsliteratur in zeitgemäßen Formaten. Eine Besonderheit dieses Service stellt die semantische Anreicherung Mitteleuropäischer Literatur des 19. Und 20. Jahrhunderts mittels Text Mining dar, die eine vereinfachte und schnelle Datenextraktion (z. B. Artvorkommensdaten, Merkmale) aus natürlichsprachlichen Texten ermöglicht. Dadurch soll Wissenschaftlern u. a. die Möglichkeit geboten werden, die Biodiversität zu Zeiten einer vorindustriellen Landwirtschaft zu untersuchen.

• GEOEssential: Variablen und Workflows für Ressourceneffizienz und Umweltmanagement (GEOEssential)

In andere Teams des Senckenberg Daten- und Modellierzentrums (SDMC) übergeben:

• German Federation for Biological Data (GFBio)
• The Distributed System of Scientific Collections (DiSSCo)

Der Bereich wird geleitet von Prof. Dr. Thomas Hickler.

Die Mesokosmenhalle im Tiefhof von SBiK-F stellt mit vier terrestrischen Mesokosmenräumen und jeweils sieben zoologischen und botanischen Klimakammern eine wichtige experimentelle Einrichtung Senckenberg’s dar.

In den terrestrischen Mesokosmen können die Auswirkungen einer breiten Palette von Klimaszenarien (Temperatur, Niederschlagsregime) auf Bodengemeinschaften untersucht werden. Die Klimakammern sind geeignet, Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsszenarien zwischen 4°C und 40°C, sowie 30-100% Luftfeuchtigkeit in nahezu beliebiger zeitlicher Abfolge darzustellen. In den botanischen Kammern können dazu noch verschiedene Beleuchtungsszenarien in Tageslichtqualität durchgespielt werden.

Durch diese einzigartige Möglichkeit, Hypothesen zur Auswirkung von vergangenen, gegenwärtigen oder zukünftigen Klimaszenarien auf Biodiversität experimentell zu überprüfen, trägt die Infrastruktur der Mesokosmenhalle entscheidend zu dem Ziel Senckenberg’s bei, Geobiodiversität im Erdsystem zu verstehen.

Der Bereich wird geleitet von Prof. Dr. Markus Pfenninger. 

Das Laborzentrum ist eine verbindende, methodisch orientierte Querschnittseinrichtung, welche die notwendigen molekulargenetischen Laborkapazitäten für alle Forschungsprojekte bereitstellt und Forschung und Methodenentwicklung auf dem Gebiet der ökologischen Genomik und der automatisierten taxonomischen Identifikation biologischer Diversität leistet. Das Laborzentrum erfüllt den Bedarf der meisten Projekte des  SBiK-F bezüglich methodischer Entwicklung und hoher Probendurchsatzkapazität in der Molekulargenetik als leistungsfähiges zentrales molekulargenetisches Labor. 
Um den Anforderungen gerecht zu werden, werden modernste Hochdurchsatzsequenzierung, DNA-Microarray-Chip-Technologien sowie Techniken zur Fragmentanalyse etc. eingesetzt. 
Die Aufgaben des molekulargenetischen Labors im Forschungszentrum sind somit:

• (a) unabhängige, hochklassige öko-genomische Forschung auf den Gebieten der genetischen Klimaanpassung und der automatisierten taxonomischen Identifikation;
• (b) projektbezogene Zusammenarbeit mit den anderen Partnern des Instituts;
• (c) Bereithaltung molekulargenetischer Technologien und Methoden auf den Gebieten der Molekularen Phylogenie, der Phylogeographie und der molekularen Ökologie und Unterstützung beim Zugang zu diesen.

Der Bereich wird geleitet von Dr. Thomas Berberich. 

Seit Juni 2013 ist das Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum in einem renovierten Bau des ehemaligen Frankfurter Architekten Ferdinand Kramer (1898 – 1985) zu Hause. Seit dem Jahr 2000 steht der Stahlbetonskelettbau mit dem gelb-braunen Klinkermauerwerk unter Denkmalschutz. Es ist ein „wirkliches Meisterwerk deutscher Nachkriegsarchitektur“ (Zitat aus C. Lichtenstein ,1991: Ferdinand Kramer. Der Charme des Systematischen).  Wie auch seine anderen Universitätsgebäude hat Ferdinand Kramer, der von 1952 bis 1964 Baudirektor der Frankfurter Johann Wolfgang Goethe-Universität war, die Konstruktion dem Prinzip der Funktionalität unterworfen und die Gebäude genau nach dem Bedarf der damaligen Nutzer geplant – mit dem ausdrücklichen Ziel, auch künftigen Nutzern gerecht zu werden: „Da die Wissenschaft in voller Entwicklung ist, werden sich ständig neue Ansprüche und neue technische Möglichkeiten zeigen. Auch das musste also schon in unsere Berechnungen eingehen“ (Ferdinand Kramer in einer Rede vor Naturwissenschaftlern 1957). Das ist ihm bestens gelungen.

Typisch für seine Architektur sind deren Geradlinigkeit und die Verwendung vergleichsweise einfacher Materialien. Dank der Skelettbauweise sind im Gebäudeinneren keine tragenden Wände nötig, so dass die Räume flexibel aufgeteilt werden können. Auch ein weiteres bauliches Detail erweist sich als seiner Zeit voraus, gerade auch im Hinblick auf den Klimawandel mit seinen wärmeren Sommern: So genannte „Brise-soleils“ (frz. Sonnenbrecher), erstaunlich filigran wirkende Eisenbetonpanels, zieren als Blendschutzgitter die Südfassade. Sie gewährleisten einen gleichmäßigen Lichteinfall und schützen klimaneutral vor Sonnenhitze. Kramer ließ sich dazu von Le Corbusier inspirieren.

Auf den Erhalt der originalen Bausubstanz der Beton- und Ziegelkonstruktion wurde bei den Umbaumaßnahmen besonderer Wert gelegt. Die Umsetzung der Fassadensanierung mit neuen Holzfensteranlagen und Stahlglasfassaden erfolgte in enger Abstimmung mit dem Denkmalschutz. Auch Nachhaltigkeit spielte bei der Sanierung eine wichtige Rolle: Im Zuge der Dämmung wurden die Dächer mit einer vielfältigen, an diesen speziellen Wuchsort gut angepassten Vegetation begrünt. Die Büroräume und Labore erhielten eine mechanische Belüftung mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung. Bei der Beheizung über eine Gasbrennwerttherme wird neben dem Brennstoff auch die Energie aus dem entstehenden Wasserdampf zur Wärmegewinnung genutzt. Die Lichtanlage schaltet sich automatisch an und aus, wenn Personen den Raum betreten oder verlassen und passt sich dem Tageslicht an.

Landnutzung und Bewirtschaftungsformen bedingen die biologische Vielfalt unserer heutigen Landschaft. Das spiegelt sich in der Vielzahl von unterschiedlichen Lebensräumen, den dort vorhandenen Arten und deren genetischer Vielfalt wider. Veränderungen der biologischen Vielfalt können wiederum Änderungen ökologischer Prozesse zur Folge haben. Das Forschungsprojekt Biodiversitäts-Exploratorien untersucht die Ursachen solcher Veränderungen der biologischen Vielfalt (Biodiversität) und die Folgen für die Kreisläufe des Lebens, von denen alle Lebewesen abhängen.

• Wie wirkt sich Landnutzung unterschiedlicher Intensität auf den Artenreichtum unterschiedlicher Organismen aus?
• Welche Wechselwirkungen bestehen zwischen unterschiedlichen Organismen, bedingt z.B. die Diversität der Bodenlebewesen die der Pflanzen?
• Welche Rolle spielt die Biodiversität für Ökosystemprozesse (z.B. Kohlenstoffkreislauf und Blütenbestäubung), die für uns Menschen wichtige Ökosystemdienstleistungen ausmachen?

Weitere Informationen finden Sie auf der Projektwebsite https://www.biodiversity-exploratories.de

Die Forschung findet in drei sogenannten Exploratorien statt. Eines liegt im Biosphärenreservat Schorfheide-Chorin in Brandenburg, ein weiteres in und um den Nationalpark Hainich, Thüringen, und ein drittes im Biosphärengebiet Schwäbische Alb in Baden-Württemberg.

In diesen mehrere Tausend Hektar großen Landschaften wurden im Jahr 2006 jeweils 100 Untersuchungsflächen eingerichtet, 50 davon im Grünland und 50 im Wald. Die ökologischen Zusammenhänge werden sowohl durch Beobachtung als auch im Experiment ermittelt.

Der überwiegende Teil jeder Experimentierfläche wird weiterhin normal bewirtschaftet. Um den Einfluss der Landnutzung auf die Biodiversität erkennen zu können, finden die Untersuchungen sowohl auf intensiv genutzten als auch auf wenig bis gar nicht genutzten Flächen statt.

Erstmals werden Forscher unterschiedlicher Fachrichtungen, beispielsweise Botaniker, Mikrobiologen, Genetiker und Forstwissenschaftler, auf denselben Untersuchungsflächen zusammengeführt, um gemeinsame Fragestellungen zu erarbeiten.

Die Bandbreite der untersuchten Organismen ist außerordentlich groß. Sie reicht von den Bodenbakterien und Pilzen über die Pflanzen, Moose, Flechten bis zu den Gliederfüßern, Vögeln und Fledermäusen.

Damit die Ergebnisse der zahlreichen Forscher miteinander verknüpft und verglichen werden können, ist das Exploratorien-Projekt von Beginn an auf eine Vereinheitlichung der Methodik bedacht. Dies ermöglicht eine direkte Vergleichbarkeit und eine Synthese aller Ergebnisse.

Die Biodiversitäts-Exploratorien umfassen 49 Projekte, von denen 10 Infrastruktur und Basisdaten liefern und 39 spezifischeren Forschungsfragen gewidmet sind. Jedes Exploratorium wird vor Ort von einem Managementteam betreut, welches mit den jeweils zuständigen Verwaltungen der Landesbehörden und der Großschutzgebiete sowie den Landwirten, Förstern, Jägern und der Öffentlichkeit eng zusammenarbeitet und für die Aufrechterhaltung der Versuchsflächen zuständig ist.

Das Koordinationsbüro befindet sich an der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung in Frankfurt am Main. Die Aufgaben umfassen wissenschaftliche Organisation und Veranstaltungsorganisation, Öffentlichkeitsarbeit, Kommunikation und Administration.

Eine projektinterne Datenbank an der Uni Jena gewährleistet die Zusammenführung der Forschungsergebnisse und ist eine wichtige Informationsplattform für die Wissenschaftler und den Austausch zwischen den Projekten.