Erst geht es querfeldein über eine Viehweide, dann durch einen Fichtenwald, immer bergauf. Rupert Seidl führt Studierende der Forstwissenschaften durch ein besonderes Freiluftlabor, den Nationalpark Berchtesgaden. An einem Waldstück mit abgestorbenen Fichten macht die Gruppe halt. Der Borkenkäfer hat die Bäume befallen, zwischen ihren kahlen Stämmen wächst neues Grün. Ein paar hundert Meter weiter folgt der nächste Stopp: An einem Hang hat Orkan Wiebke vor mehr als dreißig Jahren eine Schneise in den Wald geschlagen. Junge Fichten, Ahorn und einzelne Birken stehen dicht an dicht und erreichen bis zu drei Meter Höhe.
Hier, in der Kernzone des Nationalparks, lässt man die Natur Natur sein und greift in biologische Prozesse nicht ein. Damit ist der Park ein Lernort, wie Seidl sagt: „Wir können hier auf der Ebene einzelner Bäume sehen, wie sich Schädlinge, Dürren oder Stürme auswirken und wie sich der Wald nach zehn, zwanzig oder dreißig Jahren entwickelt, ganz ohne menschliches Zutun.“
Resiliente Wälder
Der Professor für Ökosystemdynamik und Waldmanagement in Gebirgslandschaften forscht und lehrt an der TUM School of Life Sciences in Weihenstephan. Zudem leitet er das Sachgebiet Forschung und Monitoring im Nationalpark Berchtesgaden. „Wälder sind eigentlich erstaunlich resilient. Dass Bäume absterben und neue nachkommen, gehört zur natürlichen Entwicklung“, sagt Seidl. „Besorgniserregend ist jedoch, in welchem Ausmaß und mit welcher Geschwindigkeit Waldbrände, Stürme und Borkenkäfer – bedingt durch den vom Menschen verursachten Klimawandel – die Wälder verändern.“
Der Weltbiodiversitätsrat IPBES warnt vor einem beispiellosen Rückgang der biologischen Vielfalt weltweit: Rund eine Million Arten gelten als vom Aussterben bedroht. Drei Viertel der Landflächen und zwei Drittel der Meeresgebiete sind bereits deutlich durch den Menschen verändert. Die Erderwärmung verschärft diese Entwicklung: Viele Arten verlieren einen Teil ihrer klimatisch geeigneten Lebensräume und geraten dadurch zusätzlich unter Druck.
Lokale Mechanismen, globale Muster
Um diese globalen Veränderungen und ihre Folgen besser zu verstehen, forschen Wissenschaftler der TUM School of Life Sciences zu verschiedenen Aspekten der Biodiversität – von Wäldern und Gewässern bis hin zu Agrarlandschaften und Städten. Zudem entwickeln sie Strategien für den Schutz und die nachhaltige Nutzung von Ökosystemen und bringen ihre Erkenntnisse in den Dialog mit Praxis, Politik und Gesellschaft ein.
Die Forschenden verbinden zwei komplementäre Perspektiven: Mithilfe von Satellitendaten, Fernerkundung oder ökologischen Modellen erfassen sie großräumige Muster – vom einzelnen Ökosystem über Landschaften bis hin zu Kontinenten. Zugleich erforschen sie die Mechanismen hinter diesen Mustern, etwa in den Wechselwirkungen zwischen Organismen, in Nährstoffkreisläufen sowie auf molekularer und genetischer Ebene. Sensoren, Umwelt-DNA-Analysen oder schwimmende Roboter liefern Daten, die mithilfe eigens entwickelter KI-Modelle zusammengeführt werden, um die Biodiversität und die Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen besser zu beobachten und vorherzusagen.
Ein Beispiel für diese Forschung ist eine 2026 in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie: Darin prognostizieren Forschende um Seidl für Europa deutlich mehr Waldschäden durch Brände, Stürme und Borkenkäfer. Bei einer Erwärmung von etwas mehr als vier Grad Celsius könnte sich die geschädigte Fläche bis 2100 gegenüber dem Zeitraum 1986 bis 2020 mehr als verdoppeln. Selbst bei nur rund zwei Grad Erwärmung erwarten die Forschenden größere Waldschäden als im Vergleichszeitraum.
„Diese Veränderungen werden zu einem Rückgang alter, geschlossener Wälder und einer Zunahme junger, offener Wälder führen“, sagt Seidl. Pflanzen- und Tierarten, die auf Totholz und ältere Bäume angewiesen sind, verlieren ihre Lebensräume, während licht- und wärmeliebende Spezies profitieren. Grundlage der Studie war ein KI-gestütztes Simulationsmodell basierend auf 135 Millionen Datenpunkten aus 13.000 europäischen Waldstandorten. Es wurde ergänzt durch Satellitendaten zu Waldstörungen, beigesteuert von Cornelius Senf, Professor für Earth Observation for Ecosystem Management.
Satelliten- und Fernerkundungsdaten werden genutzt
Für ihr neues Projekt BaySenseAI im Bayerischen Klimaforschungsnetzwerk bayklif2, gefördert durch das Bayerische Wissenschaftsministerium, wollen Seidl und Senf gemeinsam mit Forschenden der Universität Regensburg ein KI-gestütztes Monitoringsystem für Biodiversität entwickeln. Dafür nutzen sie Fotofallen und Akustiksensoren sowie Satelliten- und Fernerkundungsdaten.
Der Nationalpark Berchtesgaden dient auch in diesem Projekt als Modelllandschaft: Von den Tälern bis zu den Alpengipfeln finden sich auf engem Raum sehr unterschiedliche Klima- und Lebensräume. Entlang dieses Höhengradienten können Forschende nachvollziehen, wie Umweltveränderungen die Biodiversität beeinflussen. Langfristig sollen die Ergebnisse dazu beitragen, besser vorherzusagen, wie sich biologische Vielfalt in Bayern und darüber hinaus verändern wird.
Das ist sehr wichtig, sagt Seidl: „Störungen der Wälder infolge des Klimawandels werden überregional zum Problem, sie verändern die Artenvielfalt und gefährden die Gemeinwohlleistungen der Wälder.“ Dazu gehören sauberes Trinkwasser, Erholungsräume und die Speicherung von Kohlenstoff. Deshalb plädiert Seidl für einen verstärkten Fokus auf Risiko und Resilienz in der Waldbewirtschaftung, unter anderem durch die Wahl von klimaangepassten Baumarten, die Förderung von Mischwäldern sowie die Erhöhung der Vielfalt der Wälder hinsichtlich Alter, Höhe und Struktur.
Biodiversität beginnt beim Erbgut
Rund 100 Kilometer nordwestlich des Nationalparks Berchtesgaden liegt das Naturschutzgebiet Osterseen. Schmelzende Gletscher der letzten Eiszeit haben im Alpenvorland eine einzigartige Seen und Moorlandschaft hinterlassen. Die TUM betreibt hier seit 1987 die Limnologische Forschungsstation Iffeldorf, geleitet von Ann-Marie Waldvogel.
Die Professorin für Global Change Limnology erforscht, wie sich Lebensgemeinschaften in Seen an ihre Umwelt anpassen und was passiert, wenn sich diese Umwelt schnell verändert oder extreme Bedingungen bereithält. Gemeinsam mit ihrem Team will die Biologin die Biodiversität des Großen Ostersees erfassen und digitalisieren – neben den Fischen und Wasserpflanzen stehen besonders die kleinsten Lebewesen im Fokus: das Plankton. Diese im Wasser schwebenden Organismen sind das Rückgrat wichtiger Funktionen in einem Gewässer. Sie sind an Nährstoff- und Kohlenstoffkreisläufen beteiligt, produzieren Biomasse und Sauerstoff und tragen zur Stabilisierung des Nahrungsnetzes bei.
In einem See mit einer großen Artenvielfalt im Plankton sind die wichtigen Funktionen gut abgepuffert – das steigert die Resilienz des Ökosystems, sagt Waldvogel. Je größer die genetische Vielfalt dieser Organismen, desto wahrscheinlicher kann die Anpassung an die Veränderungen durch den Klimawandel gelingen. Auch für Waldvogel beginnt Biodiversität deshalb beim Erbgut: „Der Ursprung aller Vielfalt ist die genetische Diversität.“
Die erste große Hitzewelle des Jahres hat die Osterseen fest im Griff, das Wasser steht ungewöhnlich niedrig. Die Masterstudenten Jakob Voerkelius und Moritz Konschak und Doktorand Tobias Nickel steuern ein Elektroboot vom Bootshaus der Forschungsstation durch schilfbewachsene Wassergänge bis zum Großen Ostersee.
Der für sein türkisblaues Wasser bekannte See ist morphologisch sehr vielfältig: An manchen Stellen watet man lange durch knietiefes Wasser, an anderen erreicht er Tiefen von bis zu 30 Metern. Die drei haben das Boot an der tiefsten Stelle an einer Forschungsboje festgemacht. Sie pumpen Wasser aus verschiedenen Schichten und leiten es durch Filterkartuschen. Alle zwei Meter nehmen sie eine neue Probe. Später im Labor werden die aus dem Wasser gefilterten Umwelt-DNA- und RNA-Moleküle sequenziert – also frei schwimmendes Erbgut der Artengemeinschaft des Sees. So lässt sich feststellen, welche Tier- und Pflanzenarten und auch Mikroorganismen an dieser Stelle des Sees in verschiedenen Tiefen vorkommen und welche ökologischen Funktionen sie übernehmen.
Genetische Vielfalt erfassen
Als letztes steigt Voerkelius in seinen Tauchanzug und gerät sofort ins Schwitzen. Seine Aufgabe ist es, bis zum Grund zu tauchen und Sediment in kleine Plastikröhrchen zu füllen. Die darin enthaltenen Umwelt-DNA-Moleküle tragen ebenfalls dazu bei, die genetische Vielfalt des ganzen Sees zu erfassen. Um die aufwendigen Probennahmen in Zukunft zu vereinfachen, arbeiten Waldvogel und ihr Team im Projekt ecoBay zusammen mit Forschenden der Ludwig-Maximilians-Universität München und des Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence der TUM.
Gemeinsam wollen die Teams einen Tauchroboter entwickeln, der selbstständig Wasser- und Sedimentproben nehmen kann und dabei gleichzeitig physikalische und chemische Wasserparameter misst und intelligent auswertet. „Wir nutzen die bislang manuell gewonnenen Daten, um dieses lernende System zu trainieren“, sagt Waldvogel. Mittelfristig sollen die Erkenntnisse aus dem geschützten Ökosystem der Osterseen auch auf andere Gewässer übertragbar werden: „Mein Ziel ist es, einen genomischen Indikator für die Gesundheit von Ökosystemen zu etablieren – ein System, mit dem sich der ökologische Zustand eines Sees schnell und einfach beurteilen lässt“, sagt Waldvogel und fügt hinzu: „Damit können wir früher erkennen, wann ein Ökosystem unter Druck kommt, welche Funktionen eingeschränkt werden und welche Arten in Bedrohung geraten. So wollen wir ein Frühwarnsystem entwickeln, um gezielt Ökosysteme und Arten zu schützen, die in Zukunft bedroht sein werden.“ Die Vermessung biologischer Vielfalt soll so ein Instrument ermöglichen, das Naturschutz und Gewässermanagement künftig gezielter unterstützt.
Die Forschung von Waldvogel und Seidl zeigt, wie tiefgreifend sich der globale Wandel auf die Biodiversität auswirkt. „Durch den menschlichen Einfluss verändert sich unsere Umwelt so schnell, dass viele Arten in ihrer Anpassungsfähigkeit an Grenzen stoßen. Das ist ein Wettlauf gegen die Zeit“, sagt Waldvogel. Umso wichtiger ist es, die ökologischen Prozesse hinter diesen Veränderungen zu verstehen, sind die Forschenden überzeugt. Nur so lassen sich wirksame Strategien zum Schutz der biologischen Vielfalt entwickeln.
Weitere Informationen unter www.tum.de