Der er flere fuglearter i en bjergskov i Ecuador end hele Europa. Vi er stadig i gang med at forstå hvorfor

Dampende våd og udmattet sidder jeg helt alene på en sten i 3.300 meters højde i Andesbjergene. Jeg prøver at få vejret, mens jeg nyder stilheden langt væk fra alting. Der lyder en svag baggrundsmusik af eksotisk fuglesang fra tågeskoven neden for mine fødder. En sværdnæbskolibri står pludselig i luften fem meter fra mig og afbryder mine tanker.

Jeg betragter fuglen, der med sin tunge når nektaren i bunden af en 12 cm lang hængende blomst på en busk. Den står helt stille i luften på svirrende vinger.

Med et svirp forsvinder kolibrien igen, og jeg vender tilbage til mine egne tanker. Mit blik forsvinder ind i den frodige tågeskov. Skoven strækker sig dybt ned ad det bjerg, jeg netop har besteget, som så mange gange før i de seneste måneder, for at tælle fugle. Det er derfor, jeg er her, som specialestuderende i 1989, i Andesbjergene i det sydligste Ecuador: For at tælle fugle og for at finde ud af, hvor mange arter der findes i de højtliggende tågeskove.

Seks måneder i regn – op og ned ad bjerget, gående flere tusinde højdemeter hver dag. Og hver dag har jeg mit stop på toppen af bjerget for at få pusten og for at tænke over, hvad jeg har set som naturhistoriker.

Det feltarbejde og mine tanker dengang skabte min karriere. Det fokuserede min nysgerrighed på spørgsmålet: Hvad bestemmer mangfoldigheden og fordelingen af liv på Jorden?

En overraskende artsrigdom

Dengang forestillede jeg mig ikke, at jeg 30 år senere i 2019 skulle publicere to store artikler i tidsskriftet Science, hvor jeg, baseret på millioner af data, dokumenterede og forklarede, hvorfor Andesbjergene er det artsrigeste sted på Jorden – mere artsrigt end det berømmede Amazonas lavland og alle andre steder på Jorden. Faktisk enormt meget rigere.

Før min første ekspedition til Andesbjergene havde jeg studeret de klassiske værker og læst alt det nutidige, blandt andet af Jim Brown, fadderen til mit forskningsfelt: makroøkologien. Jeg forstod på den videnskabelige forskningskonsensus fra den tid, at der var tre makroøkologiske regler, som var universelt gældende:

1. At antallet af arter stiger med arealet (arts-areal-kurven)
2. At antallet af arter er størst ved ækvator og falder mod polerne (breddegradienten af arter)
3. At antallet af arter er størst i lavlandet og falder monotont med højden over havet (højde-gradienten af arter).

Empiriske data havde dokumenteret disse tre mønstre. De var understøttet af teorier og sågar matematisk-fysiske ligninger. Det grublede jeg over i felten på mine daglige pauser på toppen af Andesbjergene. For det, jeg så i felten, passede ikke med det, der stod i bøgerne. Ikke i forhold til højdegradienten. Når jeg talte fuglene op og ned ad bjergene og sammenlignede resultaterne med tilsvarende tal fra mine ture nede i Amazonas, var der ikke flest arter i lavlandet, men derimod et stykke oppe ad bjerget.

Det endte med at blive min ph.d.-afhandling: at dokumentere det, jeg oplevede, videnskabeligt, og at forkaste ét af dengang tre universelle makroøkologiske mønstre.

Jeg skrev min ph.d.-afhandling fra 1993 til 1995, primært på Smithsonian National Museum of Natural History i Washington D.C. og på Zoologisk Museum i København. Det var en udfordring som ph.d.-studerende at skulle overbevise den etablerede forskningsverden om, at det, de alle var enige om, var forkert. Men min forskning lykkedes.

Grunden til, at mit projekt bar frugt, er formentlig, at jeg gik en helt ny vej i forhold til datidens fokus på fortolkning af data fra enkeltstudier. I stedet sammenstillede jeg enorme, globale datasæt fra mere end 500 studier fra bjerge i hele verden. De mange data understøttede mine observationer fra Andesbjergene: At der var noget galt i vores forståelse af højdegradienten.

Timingen har også været afgørende, for min forskning fandt sted under fødslen af makroøkologien, hvor sammenstilling, lagring og analyser af store datasæt blev muligt grundet udviklingen inden for computerteknologi. Store datasæt forandrede forskningen for altid. Det skabte grundlaget for etableringen af den makroøkologiske forskning og har ført til mange gennembrud de seneste 10-20 år i vores dokumentation og forståelse af biodiversitet på Jorden.

Carsten Rahbek er professor i makroøkologi og skrev sin ph.d.-afhandling fra 1993 til 1995, primært på Smithsonian National Museum of Natural History i Washington D.C. og på Zoologisk Museum i København.

Sigrid Nygaard

De uopdagede naturlove

Siden min ph.d. har min forskning været makroøkologisk, og den har været med til at forme feltet. Et felt, hvor biologien forsøger at finde de endnu ukendte naturlove for, hvad der bestemmer fordelingen af liv på Jorden.

Med anvendelsen af enorme databaser over arters udbredelser, de nyeste dna-teknikker og bioinformatiske redskaber kommer forskningen stadig tættere på svaret. Evolutionære processer og variation i historisk klima spiller en langt større rolle, end vi troede for blot ti år siden. Tidligere var fokus nærmest udelukkende på det nutidige klima.

Samtidig med at vi søger efter liv på Mars, lever vi selv på en planet, der er stort set ukendt. Af de formodede 10-20 millioner arter på Jorden er kun ti procent beskrevet. For kun en procent er arternes geografiske udbredelse og biologi kendt.

Denne ukendte verden begyndte først at åbenbare sig for den vestlige verden, da Humboldt, Wallace og Darwin for mere end 100 år siden sejlede ud på deres berømte naturhistoriske ekspeditioner. De kom fra det artsfattige Europa og blev betaget af den ekstreme artsrigdom i troperne. Rejste de blot 100 kilometer i disse egne, var stort set alle arter nye og anderledes. Hvorfor, spurgte de sig selv.

I dag spørger vi stadigvæk: Hvorfor er fordelingen af liv på Jorden så uensartet, at en bjergskov i Ecuador, arealmæssigt mindre end Gribskov, rummer flere forskellige fuglearter end hele Europa? Hvorfor kan man ryste flere insektarter ned fra et par trækroner i Amazonas, end der findes i hele Danmark?

Humboldt, Wallace og Darwin fremsatte hver især en række teorier om årsagerne til mangfoldigheden af liv på Jorden. Den mest kendte er evolutionsteorien.

Vi har lært meget gennem 150 års forskning, men alligevel betragtes spørgsmålet om, hvad der bestemmer livets fordeling på Jorden, stadig som biologiens Holy Grail Question. Vi ved, at energi fra solen, der bestemmer mængden af føderessourcer, er vigtig for, hvor mange arter og individer der kan sameksistere et givet sted. Der findes næsten ingen arter i Arktis, men ufattelige mængder i troperne. Men vi ved også, at energi ikke gør det alene. Vand er en forudsætning for liv. Tænk bare på en våd og varm tropisk regnskov med millioner af arter og den artsfattige tropiske ørken.

Med udviklingen af stadig større computere blev det muligt at teste disse hypoteser med kvantitative data. I 1993 under mit ph.d.-studie i USA begyndte jeg sideløbende at sammenstille informationer over alle fuglearters globale udbredelser – nu i elektronisk form. Mange af informationerne havde blot ligget og ventet i årtier i alverdens naturhistoriske museers samlinger.

Ti år senere kunne vi, på basis af millioner af data, for første gang detaljeret beskrive og analysere den globale geografiske variation af artsrigdom. Det gav en lang række forskningsgennembrud. Blandt andet kunne vi ved at sammenkøre de biologiske data med klimadata (temperatur og nedbør) fra 20.000 vejrstationer fra hele verden teste, om livet på Jorden rent faktisk er bestemt af det nutidige klima.

Den gode nyhed var, at vi kunne efterprøve klassiske hypoteser, som meget stod og faldt med. Den dårlige nyhed var – syntes mange dengang – at de empiriske data ikke bekræftede hypotesernes forudsigelser. Nutidigt klima er ikke så bestemmende for arternes udbredelser og artsmønstre, som man troede. Et eksempel på fænomenet beautiful theories and ugly data – smukke teorier og grimme data.

Evolutionens ’hotspots’

De eksisterende hypoteser baseret alene på nutidigt klima kan ikke forklare artsrigdommen i bjergegne generelt og slet ikke den ekstreme artsrigdom i de tropiske bjerge. Dette er ikke trivielt, al den stund at flere end 85 procent af eksempelvis alle verdens frøer, padder, fugle og pattedyr findes netop der.

Som en universel forklaring var hypotesen om nutidigt klima skudt ned. Men hvad bestemmer så fordelingen af liv på Jorden – ud over energi og vand?

Der skulle endnu et teknologisk gennembrud til, før vi kom nærmere en forklaring. I dag kan vi med analyser af arvemateriale – dna-sekventering – beskrive arternes indbyrdes slægtskabsforhold og bestemme, hvilke arter der er gamle, og hvilke der er nye, evolutionært set. Med genomteknikker har vi inden for de seneste fem-ti år fået en metode, hvor vi kan ’rejse’ tilbage i tiden og følge, hvad der sker genetisk med arterne, når for eksempel klimaet forandrer sig igennem Jordens istider.

Med de nye teknologier og nye data fra felten kan vi nu bedre begynde at dokumentere evolutionen. Sammen med vores geografiske data på forekomsten af titusindvis af arter har vi påvist, at relativt få regioner i verden, primært tropiske bjergregioner, har fungeret som evolutionære ’artspumper’, hvor nye arter ’produceres’ for derefter at sprede sig ud i verden.

Overraskende nok synes disse hotspots for evolution også at være der, hvor gamle arter har overlevet tidligere tiders globale klimaforandringer – og ovenikøbet er der geografiske overlap med de steder, hvor civilisationer er opstået i troperne.

Hvorfor skete alt dette i bjergene?

Det spørgsmål vil jeg gerne besvare i det nyetablerede forskningscenter Villum Center for Global Mountain Biodiversity.

En tese, vi her arbejder med, er, at der måske er så mange arter i bjergene, fordi arter i tropiske bjerge selv under globale klimaforandringer kan overleve ved at finde lommer et eller andet sted i det klima, arterne evolutionært er tilpasset. Det er sværere i lavlandet, hvor der er meget mere homogent. I de tropiske bjerge skal arterne blot flytte sig én til to kilometer for at blive i den klimatype, de er tilpasset. I lavlandet skal arterne flytte sig mange hundreder, hvis ikke tusinder, af kilometer for at blive i deres klimazone.

Dramatiske forandringer

Vores opdagelser har stor betydning for at kunne forudsige effekterne af de menneskeskabte globale klimaforandringer, fordi de hidtidige modeller antog en ligevægt mellem liv og nutidigt klima. Den idé ville betyde, at når nutidens regionale klima forandrer sig, så flytter arterne deres geografiske udbredelse, så de hele tiden bliver inden for den samme type af regionalt klima. Men den antagelse var som nævnt forkert.

Det betyder dog på ingen måde, at klimaforandringer ikke vil medføre dramatiske forandringer. Tværtimod viser empiriske data fra de seneste 20 år, at forandringerne bliver meget store.

Vi har også en idé om, i hvilken retning det vil gå, men vi kan ikke forudsige mange detaljer. Det kræver en langt bedre forståelse af evolution og historisk klima at udvikle universelle modeller, der kan forudsige, hvordan livet på Jorden, biodiversiteten, bliver påvirket af klimaforandringer. Hvilke arter, der vil være hvor i fremtiden, er et andet af de spørgsmål, som jeg gerne vil svare på.

Vi ved dog, at klimaforandringerne ikke er hovedårsagen til den nuværende biodiversitetskrise, der snarere skyldes faktorer som opdyrkning, plantageskovbrug, etablering af infrastruktur og overudnyttelse af jorden. Men klimaforandringerne vil betyde, at naturen det enkelte sted, for eksempel i Danmark, kommer til at forandre sig dramatisk – med arter, der forsvinder mod nord, nye arter, der kommer fra syd, og en anderledes vegetation tilpasset det fremtidige danske klima.

Hvad bestemmer biodiversiteten?

Vi står på tærsklen til den sjette periode af masseuddøen på Jorden, hvor vi taber arter med en hastighed, der er 100-1.000 gange større end den normale baggrundsrate. Forståelsen af, hvad der bestemmer biodiversiteten og fordelingen af den, er nødvendig for at håndtere den globale biodiversitetskrise, og denne viden er en forudsætning for at forstå, hvordan Jordens organismer flytter sig, tilpasser sig og former nye økosystemer.

Mennesket har modificeret op til 70 procent af Jordens økosystemer ved overudnyttelse, skovdyrkning, landbrug, infrastrukturer, byer, forurening m.m. Men vores forståelse af det biologiske liv på Jorden er trods flere hundreder års forskning stadig særdeles mangelfuld.

Med vores nye viden om arternes evolution og udbredelse har forskningen påvist, at fordelingen af liv, som vi ser det i dag, stadig viser et klart signal om evolutionen igennem flere hundredtusinder af år. Mønsteret er ikke udvisket, og arternes udbredelser er ikke bragt i ligevægt med det nutidige klima.

Megen ny forskning tyder ydermere på, at variationen i det forhistoriske klima igennem tusindvis af år er vigtigere end nutidens klima for at forstå, hvor arter i dag forekommer.

Det understreger, at vor tids klimaforandringer ikke er hovedproblemet for biodiversiteten på Jorden. Det er derimod ødelæggelserne af økosystemer og tabet af plads til naturen. Al denne viden er essentiel for at lave modeller for fremtidens biodiversitet.

I forhold til biologiens Holy Grail Question om, hvad der bestemmer mangfoldigheden og fordelingen af liv på Jorden, dokumenterede vi i to artikler i Science i 2019, at af alle Jordens hundredvis af klimatyper forekommer cirka 50 procent i de nordlige Andesbjerge. Til sammenligning rummer det 12 gange større Amazonas-lavland kun cirka 20 procent, Europa rummer endnu færre og Arktis kun meget få.

Hvis der er flere klimatiske levesteder til arterne i Andesbjergene, og hvis arterne bedre overlever globale klimaforandringer i de tropiske bjerge – samtidig med at tropiske bjerge fungerer som ’artspumper’, hvor nye arter udvikles – kunne det jo forklare, hvorfor over 85 procent af Jordens arter findes i bjergegne.

Det er i hvert fald en af de nye hypoteser, som jeg arbejder med i dag, 30 år efter at jeg sad og grublede som ung studerende på en sten på toppen af Andesbjergene.

Carsten Rahbek er professor ved Center for makroøkologi, evolution og klima på Københavns Universitet og centerleder for The Villum Center for Global Mountain Biodiversity