Biodiversität – verstanden als genetische Vielfalt, Artenvielfalt und Vielfalt der Lebensräume – umfasst das gesamte Spektrum des Lebens auf unserem Planeten und ist die zentrale Lebensgrundlage der Menschheit. Die Biodiversität sichert unsere Ernährung und stellt darüber hinaus vielfältige Ökosystemleistungen zur Verfügung. Die Ökosysteme reinigen die Umwelt von Schadstoffen, sind zentral für den Schutz des Klimas und tragen wesentlich zur menschlichen Gesundheit und zu unserem Wohlbefinden bei. Je vielfältiger ein Ökosystem ist, desto stabiler verhält es sich gegenüber extremen Einflüssen, Schädlingen oder Naturkatastrophen.
In vielen Regionen der Welt nimmt die Biodiversität ab und auch Deutschland ist betroffen. Der rapide Biodiversitätsverlust geht im Wesentlichen auf menschliches Handeln zurück. Flächenumwandlung, Entwaldung, Übernutzung, Umweltverschmutzung und Klimawandel beeinträchtigen die terrestrischen und aquatischen Ökosysteme.
Ausgewählte Beiträge unserer Kreislaufwirtschaftsexpertinnen zum Thema
- Forschung für Biodiversität
Bei den vielen Krisen, denen sich unsere Gesellschaft gegenwärtig stellen muss, gerät die weltweite Zerstörung von Ökosystemen und der rapide Verlust der Pflanzen- und Tierarten leider oft in Vergessenheit. Auch Deutschland leidet unter erheblichem Biodiversitätsverlust, die angestrebte Trendwende konnte bislang noch nicht erreicht werden. Ein zentraler Faktor für den Artenverlust ist der voranschreitende Klimawandel. Daneben bedrohen Land- und Forstwirtschaft sowie Straßen- und Siedlungsbau – trotz vielfältiger Gesetze und Maßnahmen zum Umweltschutz in den vergangenen Jahrzehnten – die Ökosysteme und die Artenvielfalt in Deutschland.
Im vor zwei Jahren verabschiedeten Kunming-Montreal Global Biodiversity Framework (GBF) haben sich die Vertragsstaaten der Convention on Biological Diversity (CBD) dazu verpflichtet, 30 Prozent der globalen Landfläche bis zum Jahr 2030 unter Schutz zu stellen, davon ein Drittel unter strengen Schutz. Und gemäß des am 17. Juni dieses Jahres angenommenen und jüngst in Kraft getretenen Nature Restoration Law sollen 20 Prozent der geschädigten Flächen Deutschlands in einer Weise geschützt oder wiederhergestellt werden, dass ihre ökologische Funktionsfähigkeit gewährleistet ist.
Auf dem Weg zu diesen Zielen besteht Forschungsbedarf beim Verständnis von direkten und indirekten Treibern des Biodiversitätsverlustes und den komplexen Interaktionen innerhalb von Ökosystemen. Ein Schlüssel dabei ist das Biodiversitätsmonitoring. Hier kann der Einsatz von Künstlicher Intelligenz innovative und effektive Methoden bereitstellen. Neben dem Aufspüren von größeren Artenspektren erlaubt der Einsatz von KI, auch heterogene Datenquellen und weitere Umweltdaten für komplexe Netzwerkanalysen heranzuziehen.
Ebenso besteht Forschungsbedarf bei der Transformation unserer Gesellschaft hin zu einer größeren Wertschätzung und einem stärkeren Schutz der Natur. Die Notwendigkeit, diese Transformation zu beginnen, besteht nicht zuletzt wegen der internationalen Verpflichtungen Deutschlands.
Die Proteste von Landwirtinnen und Landwirten zu Beginn des Jahres 2024 lassen erahnen, dass einiges an gesellschaftlichen Konflikten bevorsteht, wenn diese Verpflichtungen durch konkrete Maßnahmen angegangen werden. Für konstruktive, gesellschaftliche Debatten ist eine offene und auf Fakten basierte Diskussionskultur entscheidend. Zugleich muss sich die Forschung weiter für die Perspektiven der betroffenen Akteure öffnen. Das Verankern der Biodiversitätspolitik als gesellschaftliche Querschnittsaufgabe, das Biodiversitäts-Mainstreaming, ist keine Phrase. Es ist nichts weniger als die Voraussetzung für unser zukünftiges Leben.
Dr. Mathias Boysen ist Seniorberater im Bereich Kommunikationssysteme, Mensch-Technik-Interaktion, Gesundheit.
- KI in der Biodiversitätsforschung
Künstliche Intelligenz kann die Biodiversitätsforschung revolutionieren und bietet faszinierende Möglichkeiten, um unsere Umwelt besser zu verstehen und zu schützen. Viele spannende und vielversprechende Anwendungen werden derzeit erforscht oder sind bereits im Einsatz.
Automatisierte Datenerfassung: KI-gestützte Technologien ermöglichen es, riesige Mengen an Umweltdaten effizient zu sammeln und zu analysieren. Drohnen und Satelliten liefern hochauflösende Bilder, die mit KI-Algorithmen ausgewertet werden können, um Veränderungen in Ökosystemen zu überwachen.
Artenerkennung: Durch Bild- und Audioerkennung kann KI Arten in ihrem natürlichen Lebensraum identifizieren und klassifizieren. Dies ermöglicht es, visuelle Merkmale und charakteristische Geräusche von Tieren zu analysieren und dadurch Arten präzise zu bestimmen.
Vorhersagemodelle: Mithilfe von KI können Modelle entwickelt werden, die zukünftige Veränderungen in der Biodiversität vorhersagen. Diese Modelle helfen, die Auswirkungen von Klimawandel, Landnutzungsänderungen und invasiven Arten zu verstehen und effektive Schutzstrategien zu entwickeln.
Citizen Science: KI-Tools fördern auch die Beteiligung der Öffentlichkeit an der Forschung. KI-gestützte Apps ermöglichen es beispielsweise, Beobachtungen zu teilen, die Datenerhebung unterstützen und das Bewusstsein für Biodiversität fördern.
Trotz der vielen Vorteile gibt es Herausforderungen wie den Datenschutz und die Notwendigkeit, ethische Standards für die Entwicklung und Anwendung von KI zu etablieren. Dies ist wichtig, um das volle Potenzial von KI verantwortungsvoll zu nutzen.
Die Integration von KI in die Biodiversitätsforschung bietet immense Chancen, um unsere Umwelt besser zu schützen und nachhaltige Lösungen für die ökologischen Herausforderungen unserer Zeit zu finden. Die Zusammenarbeit zwischen Forschenden, Technologiefachkräften und der Öffentlichkeit ist entscheidend, um diese Möglichkeiten voll auszuschöpfen.
Julian Wendler ist Berater im Bereich Kommunikationssysteme, Mensch-Technik-Interaktion, Gesundheit.
- Biodiversitätsforschung für die Landwirtschaft
In der Landwirtschaft eröffnet die Biodiversitätsforschung neue Möglichkeiten, um nachhaltige und widerstandsfähige Agrarsysteme zu entwickeln. Durch gezielte Forschung können wir besser verstehen, wie Artenvielfalt zur Stabilität und Produktivität von landwirtschaftlichen Flächen beiträgt:
- Forschung für Vielfalt: Forschende untersuchen, wie eine größere Vielfalt an Pflanzen und Tieren auf landwirtschaftlichen Flächen die Ertragsstabilität erhöht und die Abhängigkeit von chemischen Düngemitteln und Pestiziden verringert.
- Fokus Ökosystemleistungen: Ein zentrales Forschungsziel ist das Verständnis der Ökosystemleistungen, die durch Biodiversität bereitgestellt werden. Bestäubung durch Insekten, natürliche Schädlingskontrolle und die Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit sind entscheidende Faktoren, die durch gezielte Studien optimiert werden können.
- Technologische Innovationen: Durch moderne Technologien wie Drohnen, Fernerkundung, genetische Analysen und Künstliche Intelligenz werden die komplexen Wechselwirkungen in landwirtschaftlichen Ökosystemen erfasst. So kann man die Biodiversität überwachen und dabei helfen, effektive Strategien für ihren Schutz zu entwickeln.
- Wissenschaft und Praxis: Forschungsergebnisse fließen in die Entwicklung nachhaltiger landwirtschaftlicher Praktiken ein. Auf solchen wissenschaftlichen Erkenntnissen basieren beispielsweise Projekte, die Agroforstwirtschaft und regenerative Landwirtschaft zusammenbringen. In diesen Agroforstsystemen werden Bäume mit Acker- oder Gemüsekulturen kombiniert. Dabei werden praktikable Lösungen ausprobiert, um die Biodiversität zu fördern.
Die Biodiversitätsforschung ist entscheidend, um Herausforderungen wie dem Klimawandel zu begegnen und für die globale Ernährungssicherheit zu sorgen. Durch die Zusammenarbeit von Forschung, Landwirtschaft und Politik können wir innovative Ansätze entwickeln, um das Potenzial der Landwirtschaft als Motor für ökologischen Wandel zu nutzen und den Weg in eine nachhaltige Zukunft gestalten.
Julian Wendler ist Berater im Bereich Kommunikationssysteme, Mensch-Technik-Interaktion, Gesundheit.
- Akkustische Erfassung von Biodiversität
Wer kreucht und fleucht eigentlich des nachts auf unseren Wäldern und Äckern? Und was können wir aus all dem Zirpen, Trällern, Zwitschern und Fauchen lernen?
Bei der automatischen Erfassung von Biodiversität im Feld denken viele sofort an Kamerafallen. Die meisten Menschen haben schon einmal eine Wildkamera im Wald gesehen oder vielleicht sogar selbst welche im heimischen Garten aufgestellt. In der Biodiversitätsforschung stoßen Kamerafallen aber schnell an ihre Grenzen.
Für viele Tierklassen wie zum Beispiel Insekten oder Vögel sind akustische Verfahren viel besser geeignet als Kameras. Mit Audioaufnahmen kann man eine größere Umgebung rund um die Sensoren herum erfassen und ist unabhängig von Lichtverhältnissen. Außerdem verbrauchen akustische Sensoren weniger Energie und können so länger wartungsfrei betrieben werden.
Die Aufnahmen können durch Methoden der Künstlichen Intelligenz automatisiert ausgewertet werden. Hier ist aber noch viel Forschungsarbeit nötig: Bisher werden in der Regel Methoden aus der Analyse menschlicher Sprache genutzt, um die aufgezeichneten Geräusche einzuordnen. Dabei werden zunächst akustische Eigenheiten der Sprache extrahiert und dann algorithmisch klassifiziert. Diese Vorgehensweise kann auch in Kombination mit anderen Verfahren, beispielsweise aus dem Bereich Deep Learning kombiniert werden um bessere Ergebnisse zu erreichen. Durch die Analysen kann erforscht werden, welche Arten wann und wo aktiv sind, welche Tiere sich gegenseitig meiden oder wie sich Populationen im Laufe der Zeit entwickeln. Dadurch kann die Lebensweise der beobachteten Tiere besser verstanden und Naturschutzmaßnahmen können passgenau gestaltet werden.
Generell ist die Klassifizierung von Tierlauten aber schwieriger als die von menschlicher Sprache. Das liegt vor allem an der großen Vielfalt der zu erfassenden Geräusche, die in starkem Kontrast zu den sehr regelmäßigen und stabilen Eigenschaften der menschlichen Sprache steht. Zum anderen liegt es an der Menge der verfügbaren Trainingsdaten. Durch neue Forschung nähern wir uns aber dem Ziel, Biodiversität stetig, automatisiert und robust zu erfassen und zu erforschen.
Patrick Ehrenbrink ist Berater im Bereich Kommunikationssysteme, Mensch-Technik-Interaktion, Gesundheit.
- Gesundheit und Biodiversität
Die Gesundheit von uns Menschen hängt in vielfältiger Weise von der Biodiversität, also der Vielfalt des Lebens auf der Erde, ab. Erwiesenermaßen tut ein Spaziergang im Wald der Psyche gut und vielfältige Ernährung trägt dazu bei, unsere Gesundheit zu erhalten. Jedoch ist in vielen Bereichen noch unklar, welche kausalen Mechanismen dabei konkret wirken.
Forschende des Helmholtz Centre for Environmental Research und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung haben beispielsweise herausgefunden, dass Menschen in Leipziger Stadtvierteln mit mehr Stadtbäumen weniger unter Depressionen leiden. Im Medienecho wurde daraus zum Beispiel – etwas vereinfacht – „Bäume vor dem Haus sind gut für seelische Gesundheit“. In welcher Weise profitiert die psychische Gesundheit jedoch konkret von der Natur? Und was bedeutet das, zum Beispiel für die Stadtplanung? Hier besteht noch ein großer Forschungsbedarf.
Andererseits ist auch klar, dass Biodiversitätsveränderungen und -verlust, die oft durch den Klimawandel befördert werden, negative Auswirkungen auf unsere Gesundheit haben können: Einwandernde Zecken und Mücken können neuartige Krankheiten übertragen. Neu geschaffene Wildnis in Stadtparks kann Aufenthaltsorte für Zecken bieten, insbesondere dann, wenn diese mit einem Waldgebiet verbunden ist. Wenn Stadtgrün aber richtig gedacht wird, können Risiken minimiert werden und damit die menschliche Gesundheit und die Biodiversität gleichermaßen gefördert werden.
Um die komplexen Interaktionen zwischen Gesundheit und Biodiversität zu verstehen, ist insgesamt noch mehr Biodiversitätsforschung notwendig. Insbesondere das Design von Studien ist dabei ein wichtiger Faktor und muss unbedingt stringent geplant werden. Es bedarf einer genauen, wissenschaftlichen Betrachtung, um Vermutungen und Zusammenhänge mit tatsächlichem Wissen zu untermauern und so informierte Entscheidungen zur Förderung von Gesundheit und Biodiversität zu ermöglichen.
Dr. Felix Frey ist Berater im Bereich Kommunikationssysteme, Mensch-Technik-Interaktion, Gesundheit.
- Biodiversitäts-Mainstreaming
Vor 65 Millionen Jahren verursachte ein Asteroideneinschlag ein Massenaussterben, dem 75 Prozent aller Arten, einschließlich der Nicht-Vogeldinosaurier, zum Opfer fielen. Heute verursacht der Mensch ein weiteres beispielloses Artensterben.
Schätzungen des Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) ergaben, dass schon jetzt 25 Prozent aller Tier- und Pflanzenarten vom Aussterben bedroht sind und dass die Rate des Aussterbens aktuell zehn bis hundertmal höher als im Durchschnitt der letzten zehn Millionen Jahre. Das ist besonders beunruhigend, weil wir derzeit nur einen kleinen Teil aller existierenden Arten kennen. Viele werden wahrscheinlich bereits verschwunden sein, bevor wir sie überhaupt entdeckt haben.
Die Biodiversität ist jedoch essenziell für unser Überleben und unseren Wohlstand. Um den Artenverlust zu stoppen, müssen Maßnahmen ergriffen werden, die nicht nur die Politik, sondern die gesamte Gesellschaft einbeziehen – ähnlich wie beim Klimawandel. Hier kommt das Konzept des Biodiversity-Mainstreamings ins Spiel: Dabei wird die Biodiversität in allen Gesellschaftsbereichen und breiteren Entwicklungsprozessen immer mitgedacht.
Es ist wichtig zu verstehen, dass unser Wirtschaften auf der Vielfalt der Arten basiert und diese direkt beeinflusst. Nur wenn der Mensch die natürlichen Ressourcen nachhaltig nutzt und sich unsere Gesellschaft tiefgreifend ändert können wir den Artenverlust aufhalten. Biodiversitätsforschung und das Einbinden gesellschaftlicher Akteure wie Unternehmen, Kommunen und Vereine sind dabei entscheidend. Durch diese Zusammenarbeit können Naturschutz und wirtschaftliche Interessen vereint und nachhaltige Lösungen gefunden werden.
Die Zeit drängt. Eine verlorene Art kann nicht wiederhergestellt werden oder nur mit erheblichem technischen Aufwand, wie bei BioRescue. Lassen Sie uns gemeinsam handeln und die Biodiversität schützen – für uns und zukünftige Generationen.
Dr. Felix Frey ist Berater im Bereich Kommunikationssysteme, Mensch-Technik-Interaktion, Gesundheit.
- Insektenmonitoring
Insekten sind eine faszinierende und unglaublich vielfältige Gruppe von Lebewesen. Leider wird bei vielen Insektenpopulationen weltweit ein starker Rückgang verzeichnet, der erhebliche Auswirkungen auf Ökosysteme und menschliche Aktivitäten haben kann, insbesondere in Bezug auf Bestäubung und Nahrungsnetze.
Wie kann da Künstliche Intelligenz (KI) helfen? Die Instrumente der KI bieten Möglichkeiten, die Populationen der Insekten zu analysieren und besser zu verstehen. Das Monitoring ist ein wichtiger Bereich der biologischen Forschung und des Naturschutzes, der darauf abzielt, die Vielfalt, Populationsdynamik und Verbreitung von Insekten zu überwachen. Die enorme Vielfalt der Insektenarten macht es schwierig, umfassende Daten von Hand zu erheben und auszuwerten. Mittels KI können jedoch große Datenmengen aufgenommen und analysiert werden, sodass genauere Aussagen zum aktuellen Stand der Insektenpopulationen möglich sind.
Das Monitoring von Insekten ist entscheidend für den Schutz der Biodiversität und die Erhaltung von Ökosystemleistungen. Durch die Überwachung von Insektenpopulationen können Wissenschaftler:innen und Naturschützer:innen frühzeitig auf Bedrohungen reagieren und geeignete Schutzmaßnahmen entwickeln. Biodiversitätsmonitoring trägt auch dazu bei, die Auswirkungen des Klimawandels und anderer Umweltveränderungen besser zu verstehen und zu bewältigen. Außerdem spielt das Insektenmonitoring eine zentrale Rolle in der Umweltforschung und im Naturschutz, da es wichtige Daten für die Entscheidungsfindung und Politikgestaltung liefert.
In der Forschung gibt es immer mehr Vorhaben, die sich mit dem Zustand der Insektenvielfalt befassen. In Deutschland sind Projekte wie AMMOD (Automated Multisensor Stations for Monitoring of BioDiversity) oder DINA (Diversität von Insekten in Naturschutz- Arealen) damit betraut, Datenbanken zu errichten, um konkrete Aussagen und Handlungsempfehlungen zu treffen. Auch die Sensibilisierung der Bevölkerung ist ein Kernbestandteil dieser Projekte, da alle Menschen etwas zum Erhalt der Insektendiversität beisteuern können: sei es mit dem Aufstellen eines Insektenhotels, der Aussaat von Wildblumen oder dem Ehrenamt bei einem Monitoringprojekt. Jede aktive Handlung trägt dazu bei, dass ein weiterer Schritt für den Erhalt der biologischen Vielfalt gegangen wird.
Cristina Krahl Perez ist Beraterin im Bereich Kommunikationssysteme, Mensch-Technik-Interaktion, Gesundheit.
