Neue Studie: Tropische Insekten sind bereits nahe an ihren Hitzelimits

Eine neue Untersuchung legt nahe, dass viele Insekten – besonders in den Tropen – ihre Hitzelimits bereits fast erreicht haben. Während sich die Erde weiter erwärmt, dürfte ein grosser Teil der Arten ihre Körper kaum „trainieren“ können, um mit höheren Temperaturen zurechtzukommen.

Dabei geht es nicht nur darum, dass Insekten verschwinden. Entscheidend ist, was mit Ökosystemen passiert, wenn Bestäubung, Zersetzung und natürliche Schädlingskontrolle zunehmend ausfallen.

Ein internationales Forschungsteam erfasste die Hitzetoleranz von mehr als 2.000 Insektenarten und setzte diese Messwerte in Beziehung zu genetischen Hinweisen darauf, wie stabil ihre Proteine unter Stress bleiben.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten Insekten entlang sehr unterschiedlicher Lebensräume – von kühlen Bergwäldern bis zu heissen Tieflandgebieten in Ostafrika und Südamerika. So entstand ein Bild davon, wo Anpassung möglich erscheint und wo sie offenbar stark begrenzt ist.

Berginsekten und Tieflandinsekten

Die Studie rüttelt an einer naheliegenden Annahme: Insekten aus warmen Regionen müssten besser mit Hitze umgehen können, und Arten könnten ihre Toleranz an veränderte Bedingungen anpassen. Nach Einschätzung des Teams ist die Wirklichkeit deutlich uneinheitlicher.

„Current evaluations of the heat tolerance of insects such as moths, flies, and beetles paint a differentiated – and at the same time alarming – picture“, sagte die Erstautorin Kim Holzmann, Forscherin an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).

Holzmann zufolge folgt die Fähigkeit, hohe Temperaturen zu verkraften, nicht einfach dem lokalen Klima.

Auch die Studie betont, dass sich die Hitzetoleranz von Insekten nicht automatisch an die jeweilige Umwelt anpasst.

„While species at higher altitudes can increase their heat tolerance, at least in the short term, many lowland species largely lack this ability“, sagte Holzmann.

Dieser Unterschied ist bedeutsam, weil tropische Tiefländer ausserordentlich viele Insektenarten beherbergen. Können viele dieser Arten ihre Hitzetoleranz nicht steigern, könnten steigende Temperaturen sie schneller als erwartet in einen kritischen Bereich drängen.

Folgen, die über Insekten hinausgehen

Die Forschenden unterstreichen, dass Insekten kein Randthema sind. Sie stehen im Zentrum der Funktionsweise vieler Ökosysteme. Verändern sich Insektenpopulationen, kann sich das von der Pflanzenfortpflanzung bis zur Bodenqualität auswirken.

Besonders drastisch beschreiben die Autorinnen und Autoren die Risiken für tropische Regionen – dort ist die Biodiversität hoch, und die Erwärmung kann unbarmherzig voranschreiten.

Die in Nature veröffentlichte Studie macht deutlich, dass tropische Insekten nur sehr begrenzt in der Lage sind, sich an den Klimawandel anzupassen.

„Rising temperatures could have a massive impact on insect populations, especially in regions with the world’s highest biodiversity“, sagte Marcell Peters, Tierökologe an der Universität Bremen.

„Since insects fulfill central functions in ecosystems as pollinators, decomposers, and predators, there is a threat of far-reaching consequences for entire ecosystems.“

Die Argumentation ist geradlinig: Wenn Insekten Hitze nicht mehr bewältigen, könnten ihre Bestände sinken, ihre Aktivitätsmuster sich verschieben oder ihre Lebenszyklen aus dem Takt geraten.

Jede dieser Veränderungen kann sich nach aussen fortpflanzen. Bestäubung wird unzuverlässiger. Zersetzungsprozesse verlangsamen sich oder laufen ungleichmässig. Räuber-Beute-Beziehungen können in neue, instabile Muster kippen.

Grenzen sind womöglich in der Biologie der Insekten verankert

Einer der ernüchterndsten Punkte der Studie ist, dass Hitzetoleranz womöglich nicht so flexibel ist, wie oft angenommen wird.

Das Team fand deutliche Unterschiede zwischen Insektengruppen und führt diese nicht nur auf den Lebensraum zurück. Stattdessen könnten grundlegende biologische Begrenzungen eine Rolle spielen.

Auffällig sind auch die Unterschiede zwischen verschiedenen Insektengruppen. Die Fachleute führen diese Differenzen auf Aufbau und Hitzestabilität von Proteinen zurück.

„These properties are relatively conserved in the evolutionary family tree of insects and can only be changed to a limited extent“, sagte Peters.

„The results suggest that fundamental characteristics of heat tolerance are deeply rooted in biology and cannot be quickly adapted to new climatic conditions.“

Wenn Hitzetoleranz eng an die Stabilität von Proteinen gekoppelt ist und diese sich über evolutive Zeiträume nur langsam verändert, wird die rasche Erderwärmung zu einem gravierenden Missverhältnis: Arten könnten Temperaturen ausgesetzt sein, die ihre Anpassungsfähigkeit überholen.

Das könnte zudem erklären, weshalb manche Insekten selbst in derselben Umgebung besser zurechtkommen als andere. Dann geht es nicht nur um „Anstrengung“, Verhalten oder Akklimatisation, sondern um molekulare Eigenschaften ihrer biologischen Ausstattung.

Der Amazonas wirkt besonders verletzlich

Die Forschenden heben den Amazonasraum als Region hervor, in der zukünftige Hitze für einen grossen Teil der Insektenwelt zu einem entscheidenden Stressfaktor werden könnte.

Die Warnung lautet nicht, dass jedes Insekt verschwinden wird. Vielmehr könnten viele Arten Schwellen überschreiten, ab denen normale Aktivität erschwert ist oder die Überlebensraten sinken.

„If global ecosystems continue to warm unabated, expected future temperatures will lead to critical heat stress for up to half of the insect species there“, sagte Holzmann.

„Kritischer Hitzestress“ deutet auf Bedingungen hin, unter denen Insekten möglicherweise nicht mehr normal funktionieren, sich nicht mehr verlässlich fortpflanzen oder in den heissesten Phasen tödliche Überhitzung nicht mehr vermeiden können.

In einem so eng vernetzten System wie dem Amazonas könnte der Verlust grosser Teile der Insektenvielfalt Ökosysteme auf schwer vorhersehbare und schwer umkehrbare Weise verändern.

Die Autorinnen und Autoren stufen die Lage auch deshalb als dringlich ein, weil die Hitzetoleranz von Insekten – besonders in den Tropen – bislang schlecht vermessen ist. Das ist bemerkenswert, angesichts der dominanten Rolle von Insekten innerhalb der tierischen Vielfalt.

Es stehen nur begrenzte Daten zur Verfügung

Insekten machen rund 70 Prozent aller bekannten Tierarten aus, und die meisten leben in den Tropen. Trotzdem ist wenig darüber bekannt, wie gut tropische Insekten steigende Temperaturen verkraften.

Ein Grund ist die geringe Menge an experimentellen Messdaten zur Temperaturtoleranz sowie die bislang unzureichende Erforschung vieler Insektengruppen.

Für die Studie bestimmten die Forschenden die Temperaturtoleranz-Grenzen von mehr als 2.000 Insektenarten.

Die Daten wurden 2022 und 2023 in unterschiedlichen Höhenlagen in Ostafrika und Südamerika erhoben – von kühlen Bergwäldern bis zu heissen Regenwäldern und Tieflandsavannen.

Zusätzlich analysierte das Team die Genome zahlreicher Arten, um die Stabilität ihrer Proteine zu untersuchen und besser zu verstehen, weshalb manche Insektengruppen Hitze besser vertragen als andere.

Diese Genom-Analysen sind zentral, weil sie über eine reine Beschreibung hinausgehen: Sie sollen erklären, warum die Unterschiede auftreten, und verbinden Hitzetoleranz mit biologischen Grundlagen, die sich nicht ohne Weiteres „antrainieren“ lassen.

Was das für die Zukunft bedeutet

Die Studie sendet eine klare Botschaft: Erwärmung ist nicht nur eine Frage davon, dass sich Verbreitungsgebiete nach Norden oder bergauf verschieben. Für viele tropische Insekten gibt es bergauf kaum noch Ausweichmöglichkeiten – und kaum noch Reserven in der Hitzetoleranz.

Wenn Tieflandarten ihre Hitzelimits nicht anheben können, reicht es möglicherweise nicht aus, allein Lebensräume zu schützen. Dann wird das Klima selbst zur Barriere.

Im Kern plädieren die Forschenden für mehr Fokus auf Insektenphysiologie, für deutlich mehr Messungen in wenig untersuchten Regionen und für mehr Realismus darüber, wie schnell sich lebende Systeme tatsächlich anpassen können.

In den Tropen, wo Insekten so viele Lebensprozesse stützen, könnte die Fehlertoleranz geringer sein, als bislang angenommen.