Thermophile Reptilien Mitteleuropas – P fit Profiteure des Klimawandels? d Kli d l ? Julie und Ulrich Joger Staatliches Naturhistorisches Museum Braunschweig Staatliches Naturhistorisches Museum, Braunschweig

Was sind thermophile Reptilien? Was sind thermophile Reptilien? • Thermophile Reptilien Thermophile Reptilien

Würfelnatter Natrix tessellata

Aspisviper Vipera aspis

• Nicht thermophile Rept. Nicht thermophile Rept

Ringelnatter Natrix natrix

Kreuzotter Vipera berus

Was sind thermophile Reptilien? Was sind thermophile Reptilien? • Thermophile Reptilien Thermophile Reptilien

Würfelnatter Natrix tessellata

Aspisviper Vipera aspis

• Nicht thermophile Rept. Nicht thermophile Rept

Ringelnatter Natrix natrix

Kreuzotter Vipera berus

Was sind thermophile Reptilien? Was sind thermophile Reptilien? • Thermophile Reptilien Thermophile Reptilien

Würfelnatter Natrix tessellata

Aspisviper Vipera aspis

• Nicht thermophile Rept. Nicht thermophile Rept

Ringelnatter Mauereidechse Natrix natrix Podarcis muralis

Kreuzotter Vipera berus

Ihre „Klimanische“ scheint die Verbreitung der thermophilen  Reptilien zu limitieren. Reptilien zu limitieren. 

Zamenis lineatus

Äskulapnatter Zamenis longissimus

Zamenis lineatus

Äskulapnatter Zamenis longissimus Historische Vorkommen

Postglaziale Klimaentwicklung in Europa (Kinzelbach 2009)

Klima und Äskulapnatter in Hessen

Jahresmitteltemperatur

Zahl der Sommertage

Klima und Äskulapnatter in Hessen

Jahresmitteltemperatur

Zahl der Sommertage

Klimawandel in Europa  Unten: Erwartete Änderungen der  p Jahresmitteltemperatur bis zum Jahr 2080, relativ zu den mittleren Bedingungen von 1950 bis 2000, g g , gemäß zweier IPCC Prognosen (nach Rödder & Schulte 2010)   (nach Rödder & Schulte 2010)

Zahl der Sommertage

Relative Temperaturänderung (in 2 m Höhe) im Sommer (links) und im Winter (rechts) fü die für di Jahre J h 2071-2100 2071 2100 gegenüber üb d dem V Vergleichszeitraum l i h it 1961 1961-1990 1990 unter der Annahme des „mittleren“ A1B-Szenarios (Hagemann & Jacob 2009)

Zunahme der Zahl der Sommertage (>25°C) im Rhein Rhein-Einzugsgebiet: Einzugsgebiet: 1960-1980: 20-30/Jahr 2040-2060: 30-60/Jahr (H (Hagemann & JJacob b 2009)

Relative Temperaturänderung (in 2 m Höhe) im Sommer (links) und im Winter (rechts) fü die für di Jahre J h 2071-2100 2071 2100 gegenüber üb d dem V Vergleichszeitraum l i h it 1961 1961-1990 1990 unter der Annahme des „mittleren“ A1B-Szenarios (Hagemann & Jacob 2009)

These • Thermophile Reptilien werden ihr Areal in Mittel‐ europa im Laufe der Klimaerwärmung ausdehnen. „Die Grundannahme, dass E ä Erwärmung schlecht hl ht für fü d den Artenreichtum wäre, ist sowohl auf die gegenwärtigen globalen Verhältnisse bezogen falsch wie auch im Hinblick auf den p paläontologisch-evolutionsg biologischen Befund.“ (Josef H. Reichholf 2009)

These • Thermophile Reptilien werden ihr Areal in Mittel‐ europa im Laufe der Klimaerwärmung ausdehnen. „Die Grundannahme, dass E ä Erwärmung schlecht hl ht für fü d den Artenreichtum wäre, ist sowohl auf die gegenwärtigen globalen Verhältnisse bezogen falsch wie auch im Hinblick auf den p paläontologisch-evolutionsg biologischen Befund.“ (Josef H. Reichholf 2009)

Fragestellung Wird die Diversität der Reptilienarten im Verlauf  der Klimaerwärmung zu‐ oder abnehmen?

Biodiversität Vielfalt der Biozönosen Vielfalt der Biozönosen Artenvielfalt te e a t Genetische Vielfalt

• DNA Isolierung von Populationen aus dem Gesamt-Verbreitungsgebiet g g der Art • PCR-Amplifikation von DNA-Fragmenten • Sequenzierung mitochondrialer Gene (Cytb, ND1, ND2, ND4) • ISSR-PCR Fingerprints • Rekonstruktion von Stammbäumen: NJ,, MP,, ML,, MrBayes y

.

.

.

Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5

Methoden:

Europäische Sumpfschildkröte (Emys orbicularis)

Emys orbicularis-Komplex Genetische Gruppen (Haplotypen des Cytochrom b-Gens)

Haplotype network (Cytochrome b) (Cytochrome b)

Ig

Id

Ic

Ii

IIb

IIf

IIc IId*

Ie*

Ib

Ih*

E.o.orbicularis

Ia

IIe * IIg*

IIa

Ij*

b l E.o.orbicularis

If IIh* IIk *

VIIIa

IIj*

IIi*

IXa* Va VIIa

Vc*

VIIb*

Vb* VIe

E.o.galloitalica

VIc*

VIa VIb*

VId

E.o.occidentalis IIIa

IIIb* IVb

IV d IVh

IVc

IIIc* IIIc

E.trinacris

IVe* IVa IVf* IVf

IVg*

E.o.hellenica

Pleistozäne Klimaschwankungen

kälter

wärmer

Temperaturschwankungen anhand von Sauerstoffisotopen aus grönländischen Eisbohrkernen Inlandeis, Permafrostboden und Inlandeis Vegetationszonen im Weichselglazial (ca. 30.000 Jahre v.h.)

Maximum extension of glaciers in Europe during the last glaciation about 20 20,000 000 to 18,000 years ago. R1, R2, R3 indicate major southern refugia of termophilic flora and fauna during Pleistocene glacial periods periods.

The most important postglacial recolonization routes and secondary contact zones in Europe. (from Taberlet et al. 1998: Mol. Ecol. 7)

Europ. p Sumpfschildkröten p Emys orbicularis Komplex

Südgrenze des Dauerfrostbodens während des letzten Glazials

Äskulapnattern Zamenis lineatus

Zamenis longissimus

Phylogeographie der  Äk l Äskulapnattern tt (Zamenis longissimus‐Komplex):  genetische Gruppen genetische Gruppen  (Cytochrom b‐Gen) 

Würfelnatter (Natrix tessellata) Verbreitung in Rheinland-Pfalz

Lahn

Mosel Nahe

Phylogeographie der Würfelnatter Natrix tessellata: E Europe N=142 N 142

pp Genet. Gruppen. (Cytochrom b-Gen)

Greece Crete N=4 Greece, Crete N=4 Georgia/Ukraine N=14 Kazakhstan N=5 E Turkey N=10

Iran

C Turkey N=8 S Turkey Greece, Ioánnina N=5 Egypt/Jordan N=2

N maura N. maura 0.1

Natrix tessellata: Verbreitung der mitochondrialen Haplotypengruppen

Gelbgrüne Zornnatter g Hierophis viridiflavus:  G Genetische Gruppen i h G (Cytochrom b‐Gen)

Gelbgrüne Zornnatter g Hierophis viridiflavus:  G Genetische Gruppen i h G (Cytochrom b‐Gen)

In wenigen Jahren eine i neue A Artt für fü die deutsche Fauna?

Smaragdeidechsen (Lacerta viridis-Komplex)

Lacerta bilineata

Lacerta viridis

Genetische Distanzen (Allozyme) ( y ) zwischen Populationen von SmaragdEidechsen (Joger et al. 1998)

Evolution der Smaragdeidechsen nach Allozymprofilen

Ornans (F) Vogesen Rheinland Frankreich

L.bilineata

Lombardei Castelleone (I) Seranella (I) Neapel (I) Tolfa (I) Nordspanien Süditalien Österreich Kaiserstuhl (D) Ungarn Brandenburg Nordgriechenland Westtürkei Türkei I Türkei II Türkei III Euböa Bovec (SL) Bocheinj (SL) Triest (I) Maribor (SL) Vransko (SL)

genetische Barriere-------------------------------

L.viridis

Joger et al., 2002

Udine (I) Lacerta agilis

mp

Potentielle Verbreitung der Iberischen Smaragd‐ eidechse Lacerta schreiberi, unter heutigen Umwelt‐ bedingungen und in Projektionen für 2080 Projektionen für 2080 für zwei IPCC –Szenarien (Rödder & Schulte 2010) 

Fazit • Thermophile Thermophile Reptilienarten Reptilienarten sind durch  sind durch niedrige Sommertemperaturen limitiert. ¾h ¾Ihre Ausbreitung nördlich der Alpen kann  b dl h d l k durch die Klimaerwärmung gefördert werden. • Alle diese Arten zeigen aber den Großteil ihrer  genetischen Diversität südlich der Alpen. genetischen Diversität südlich der Alpen • Dort sind sie nicht thermophil und würden  durch die Klimaerwärmung eingeschränkt.

Fazit • Thermophile Thermophile Reptilienarten Reptilienarten sind durch  sind durch niedrige Sommertemperaturen limitiert. ¾h ¾Ihre Ausbreitung nördlich der Alpen kann  b dl h d l k durch die Klimaerwärmung gefördert werden. • Alle diese Arten zeigen aber den Großteil ihrer  genetischen Diversität südlich der Alpen. genetischen Diversität südlich der Alpen • Dort sind sie nicht thermophil und würden  durch die Klimaerwärmung eingeschränkt. ¾Die globale genetische Diversität dieser Arten  ¾Die globale genetische Diversität dieser Arten wird durch die Klimaerwärmung sinken.

Wir danken Wir danken… • • • • • •

Dr. Daniela Guicking Dr. Svetlana Kalyabina‐Hauf Dr. Svetlana Kalyabina Hauf Dr. Peter Lenk (1964‐2005) Dr. Zoltan Nagy Prof Dr Michael Wink HD Prof. Dr. Michael Wink, HD Prof. Dr. Uwe Fritz, Dresden

Wir danken Wir danken… • • • • • •

Dr. Daniela Guicking Dr. Svetlana Kalyabina‐Hauf Dr. Svetlana Kalyabina Hauf Dr. Peter Lenk (1964‐2005) Dr. Zoltan Nagy Prof Dr Michael Wink HD Prof. Dr. Michael Wink, HD Prof. Dr. Uwe Fritz, Dresden

• … und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit! und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit!

These • Thermophile Reptilien werden ihr Areal in Mittel‐ europa im Laufe der Klimaerwärmung ausdehnen. (im Gegensatz zu endothermen Tieren)

Fragestellung

J. H. Reichholf (2009)

Erwartete Änderungen der Jahresmitteltemperatur und der p maximalen Temperatur des wärmsten Monats bis zum Jahr 2080,  relativ zu den mittleren Bedingungen von 1950 bis 2000,  gemäß zweier IPCC Prognosen (Rödder & Schulte 2010)  

Reactions to cold and warm periods Character change in refugial areas warm

2

1

Time

1

2

3

cold

Character change

3 Consequence: More distance from refugial area =  g lower genetic diversity

Wärmeinseln (Weinanbaugebiete)