Genetische Vernetzung von Spechtpopulationen

      Die Dispersionsfähigkeiten von Spechten gelten als vergleichsweise schlecht ausgeprägt. Dies gilt insbesondere für den auf eichenreiche Wälder angewiesenen Mittelspecht. Mit genetischen Methoden untersuchten wir, ob Populationen dieses extremen Habitatspezialisten voneinander isoliert sind und verglichen die Befunde mit dem weit verbreiteten Buntspecht.

      Ziele

      Viele Tier- und Pflanzenarten weisen heute aufgrund der anhaltenden Zerstörung ihrer Habitate eine fragmentierte Verbreitung auf. Inwieweit der Austausch von Individuen zwischen den oft kleinen, lokalen Populationen in den einzelnen Fragmenten heute noch funktioniert, ist für viele Arten unbekannt, jedoch für den Schutz und die Förderung von bedrohten Arten wichtig. Zahlreiche Studien belegen, dass die genetische Diversität in kleinen Lokalpopulationen im Vergleich zu grösseren Populationen reduziert ist. Geringe genetische Diversität kann einerseits die Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Umweltbedingungen beeinträchtigen, andererseits das Risiko von Paarungen nahe verwandter Individuen und deren negative Konsequenzen für die individuelle Fitness (Inzuchtdepression) erhöhen. Beide Mechanismen können die langfristige Erhaltung kleiner Populationen beeinträchtigen.

      Der Mittelspecht ist eine von 50 Prioritätsarten des Programms Artenförderung Vögel Schweiz, das die Schweizerische Vogelwarte und der Schweizer Vogelschutz SVS/BirdLife Schweiz mit Unterstützung des Bundesamts für Umwelt BAFU durchführen. Gemäss dem 2008 publizierten nationalen Aktionsplan Mittelspecht Schweiz stellt die Frage hinsichtlich der Ausbreitungsfähigkeit des Mittelspechts, und somit der Vernetzung seiner Populationen, eine der grössten Wissenslücken dar. Unsere Studie über die Populationsgenetik von Mittel- und Buntspecht befasste sich mit dieser Wissenslücke und versuchte so die Voraussetzungen für die optimale Förderung des Mittelspechts, beispielsweise durch eine räumlich sinnvolle Neuanlage von Eichenwäldern, zu schaffen.

      Das Projekt verfolgte folgende Ziele:

      • Quantifizierung der Dispersionsfähigkeiten von Mittel- und Buntspecht und dadurch der Vernetzung von Spechtpopulationen
      • Ermittlung der genetischen Diversität von Mittel- und Buntspechtpopulationen
      • Schliessen von Wissenslücken gemäss Aktionsplan Mittelspecht Schweiz
      • Gewinnen von Erkenntnissen für die Anlage von neuen Eichenflächen

      Vorgehen

      Die Untersuchung wurde in Kantonen durchgeführt, welche gemäss dem Aktionsplan Mittelspecht Schweiz bedeutende Mittelspecht-Populationen aufwiesen. Dies waren zu Beginn der Studie die Kantone Aargau, Basel-Landschaft, Neuenburg, Schaffhausen, Thurgau und Zürich und. Von 2009–2011 wurden in diesen Kantonen in eichenreichen Wäldern mit guten Mittelspechtvorkommen Proben beider Spechtarten für die genetischen Analysen gesammelt. Diese wurden ergänzt mit Proben aus Hessen (Deutschland), wodurch sich die räumliche Skala der Studie erweiterte.

      Reviere und Bruthöhlen wurden in den Monaten April und Mai gesucht. Von jeweils zwei Nestlingen pro Brut wurde eine kleine Blutprobe für die genetischen Analysen entnommen. Pro Population wurden zwischen 14 und 19 Mittelspecht- bzw. 19 und 24 Buntspecht-Bruten untersucht. Aus Deutschland erhielten wir von Rolf Hennes, Bad Homburg, Federproben von 16 Mittel- und 21 Buntspechten.

      Die Blut- und Federproben wurden in Zusammenarbeit mit Dr. Glauco Camenisch und Prof. Lukas Keller vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich analysiert. Die Quantifizierung der genetischen Diversität, der genetischen Differenzierung sowie der Vernetzung der Populationen erfolgten mit 12 existierenden Mikrosatelliten für den Mittelspecht,  6 Mikrosatelliten für den Weissrückenspecht und 7 neu entwickelten Mikrosatelliten für den Buntspecht.

      Bedeutung

      Der Mittelspecht ist in der Schweiz und weiten Teilen Europas gefährdet. Das vorliegende Projekt bezweckte eine Wissenslücke zu schliessen, die für den Schutz und die Förderung der Art von grosser Bedeutung ist. Zudem sind Kenntnisse über die Konnektivität von Mittelspechtpopulationen wichtig, um abschätzen zu können, welche Eichenwälder wieder besiedelt und wo neue Eichenbestände begründet werden können. Die Erhaltung bestehender alter Eichenwälder und die Erhöhung der Vernetzung sind für das längerfristige Überleben dieser hochspezialisierten Art in der Schweiz notwendig. 

      Ergebnisse

      Verschiedene Masse der genetischen Diversität waren beim spezialisierten Mittelspecht kleiner als beim weitverbreiteten, vergleichsweise anspruchslosen Buntspecht. Es wurden zudem Hinweise dafür gefunden, dass die untersuchten Populationen des Mittelspechts, nicht aber jene des Buntspechts, vor relativ kurzer Zeit genetische Flaschenhälse durchliefen. Beide Befunde können durch die deutlich kleinere Populationsgrösse des Mittelspechts sowohl schweizweit als auch auf lokaler Ebene erklärt werden. Kleine Populationen verschiedener Arten weisen generell eine geringere genetische Diversität auf als grosse Populationen.

      Die Populationen beider Arten waren räumlich strukturiert, allerdings auf unterschiedliche Weise. Die Mittelspechte der sieben Populationen wurden verschiedenen genetischen Gruppen zugeteilt: die ersten beiden Gruppen setzten sich aus Individuen aus Hessen bzw. Neuenburg zusammen, die dritte Gruppe aus Individuen der Kantone Schaffhausen, Thurgau und Zürich. Individuen aus dem Aargau und Basel-Landschaft bildeten eine vierte, allerdings weniger konsistent abgrenzbare Gruppe. Insgesamt nahm die genetische Ähnlichkeit mit zunehmender geographischer Distanz zwischen den Populationen ab. All diese Befunde deuten darauf hin, dass die Konnektivität der Populationen hoch ist, wenn sie nicht zu weit auseinander liegen. Dennoch können Mittelspechte auch über grössere Distanzen als bisher angenommen dispergieren.
      Beim Buntspecht bildeten Individuen aus den Kantonen Aargau und Neuenburg je eine genetische Gruppe. Einige, aber nicht alle Analysen unterstützten eine dritte genetische Gruppe bestehend aus Buntspechten des Kantons Zürich. Individuen aller anderen Populationen konnten keiner dieser Gruppen oder einer eigenen Gruppe zugeordnet werden. Interessanterweise nahm beim Buntspecht die genetische Ähnlichkeit mit zunehmender geographischer Distanz weder zu noch ab. Die Resultate beim Buntspecht legen ein hohes Dispersionsvermögen nahe, welches grossräumig eine Durchmischung lokaler Populationen bewirkt. Andererseits könnten topographische Gegebenheiten wie die teils bis zu 1500 m hohen Juraketten den Kontakt zwischen der Neuenburger Population und allen anderen hier untersuchten Populationen beeinträchtigen, wofür der auch beim Mittelspecht sichtbare Unterschied zwischen Individuen aus Neuenburg und Aargau spricht. Schliesslich könnten auch ökologische Bedingungen zur Separierung der nahe liegenden, aber in unterschiedlichen Waldtypen vorkommenden Buntspechtbestände im Aargau (buchendominierter Laubwald) und im Basel-Landschaft (Eichenwald) verantwortlich sein.

      Weitere Informationen zur Feldarbeit sind im Zeitungsartikel der Schweizer Familie vom 23. Juni 2011 zu finden.

      Projektleitung

      Gilberto Pasinelli

      Partner

      Lukas Keller & Glauco Camenisch, Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich
      Das Baumteam
      Baumwerker
      Woodtli Baumpflege Ost AG

      Donatoren

      Basler Stiftung für biologische Forschung
      Fachstelle Naturschutz Kanton Zürich
      Forstamt Thurgau

      Hilfsfonds für die Schweizerische Vogelwarte Sempach
      Natur- und Vogelschutz Möhlin
      Swisslos-Fonds des Kantons Aargau
      Swisslos-Fonds des Kantons Basel-Landschaft