Onderzoekers van ETH Zürich bestuderen hoe de alpenvegetatie reageert op een opwarmend klimaat - en hoe sommige plantengemeenschappen zich blijven verzetten tegen nieuwkomers uit lager gelegen gebieden.

Een blik op de duizelingwekkende helling is genoeg om een ​​duizelingwekkend gevoel van in de lucht te zijn. Ver beneden ligt de stad Chur, met piepkleine auto's die tussen de speelgoedhuisjes keveren. Jake Alexander houdt het stuur stevig vast en beklimt de weg met kuilen, die op veel plaatsen te smal is voor twee voertuigen om te passeren.

Zijn bestemming is Chrüzboden, een alpenweide gelegen boven de boomgrens op de Haldenstein-top van het Calanda-massief, zo'n 2.000 meter boven de zeespiegel. Het is een populaire dagtrip vanuit Chur, maar Alexander is hier in zijn rol als universitair docent plantenecologie aan de ETH Zürich. De afgelopen 15 jaar voert hij experimenten uit om de effecten van klimaatverandering op de alpiene flora beter te begrijpen.

Calanda is de perfecte locatie voor dit soort onderzoek. Over een afstand van 5 kilometer omvat het het volledige scala van altitudinale vegetatiezones in de Alpen, van de colline-zone op de valleibodem tot de alpengordel op zijn 2.800 meter hoge piek. Het hele massief is opmerkelijk uniform in zowel aspect als geologie - en het hele gebied ligt binnen handbereik van Zürich. "We zouden hier echt een alpine onderzoeksstation moeten opzetten, dat zou fantastisch zijn!" zegt Alexander.

Om de volledige overspanning van hoogtezones te bestrijken, hebben hij en zijn collega's meerdere experimentele locaties op verschillende hoogten opgezet. De hoogste, Chrüzboden, ligt op 2.000 meter; het laagste is op 1.000 meter. De andere locaties bevinden zich op een afstand van 200 meter tussen de twee.

Na een klim van zo'n 1.400 meter rond talloze haarspeldbochten, bereiken we eindelijk Chrüzboden. Het is juni en de koeien grazen tussen bloemen in alle soorten en maten, slingerend tussen gele, roze en paarse vlekken.

Alexander parkeert de auto en gaat bergopwaarts naar een stukje weiland dat door een elektrisch hek tegen het vee wordt beschermd. Binnen het omheinde gebied zijn zijn onderzoekspercelen. Sommige hiervan zijn ingesloten in perspex-kamers met open bovenkant, die passieve verwarming bieden om de opwarming van de aarde te simuleren.

De onderzoekers bestuderen hoe plantengemeenschappen op grote hoogte reageren wanneer ze worden geconfronteerd met soorten die vanuit lagere hoogten naar boven komen. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat berggebieden gemiddeld twee keer zo snel opwarmen als de rest van de wereld. Dit creëert de mogelijkheid voor bepaalde soorten om hun leefgebied uit te breiden, hetzij naar grotere hoogten, hetzij naar hogere breedtegraden, zoals in het noordpoolgebied. Eerdere studies van Alexander hebben aangetoond dat alpenplanten vaak onaangedaan lijken door de opwarming van de aarde zelf, maar toch moeite hebben om de concurrentie aan te gaan van nieuwe soorten die de berg op trekken.

Groter en sneller

Vroeg of laat kan dit leiden tot veranderingen in de soortensamenstelling van de huidige alpiene en subalpiene plantengemeenschappen. Nieuwe soorten betekenen nieuwe interacties - en omdat planten uit de laaglanden groter zijn en sneller groeien, laten ze kleinere alpensoorten letterlijk in de schaduw. "Een warmer klimaat geeft ze een concurrentievoordeel en ze dreigen alpiene soorten te verdringen", zegt Alexander.

Soorten die naar de toppen migreren, hebben over het algemeen minder concurrentie om ruimte, licht, water en voedingsstoffen, omdat de vegetatie op zulke grote hoogten doorgaans schaarser is. Maar de situatie is anders aan de boomgrens, waar soorten die van lagere hoogten opstijgen, weiden en weiden tegenkomen met bijna geen gaten in de vegetatie. Deze plantengemeenschappen zijn door de eeuwen heen geëvolueerd - tijd genoeg om talloze interacties tussen individuen en soorten te laten ontstaan, ook met micro-organismen zoals bodembacteriën en schimmels.

Bij de huidige opwarming kunnen nieuwe soorten het moeilijk vinden om voet aan de grond te krijgen, althans in het begin. Maar naarmate het klimaat warmer wordt, zullen ze een concurrentievoordeel krijgen - en naarmate plantensoorten uit de laaglanden zich vestigen, zullen ze een verschuiving veroorzaken in zowel de samenstelling als de talloze interacties van de oorspronkelijke plantengemeenschap. Dit is een fenomeen dat de onderzoekers al hebben waargenomen in experimenten op hun locatie op 1400 meter hoogte.

"We willen ontdekken hoe resistent de huidige plantengemeenschappen zijn tegen nieuwkomers. We willen ook weten of soorten van lagere hoogte zich al hoger op de berg kunnen vestigen en, zo niet, wat hen tegenhoudt", zegt Alexander, terwijl hij een onderzoek doet naar een proefperceel gevuld met een overdaad aan weidebloemen.

De onderzoekers verwijderden eerst alle oorspronkelijke vegetatie van het vierkante meter perceel. Vervolgens plantten ze de kale grond met tien verschillende soorten die voornamelijk inheems zijn in lage en middelgrote hoogten, waaronder weidesalie, bruine knoopkruid en blaaskoekoeksbloem.

Alexander richt zijn aandacht op een ander dichtbegroeid perceel en duwt het gebladerte met zijn handen uit elkaar. In het midden is een bruine knoopkruidplant begraven, te herkennen aan een gekleurde plastic tandenstoker. In tegenstelling tot zijn soortgenoten op het kale perceel, is deze plant klein en draagt ​​hij een solitaire bloem. "Het heeft het moeilijk om te concurreren met zijn nieuwe buren", zegt hij. "Maar in principe is het zeker in staat om op deze hoogte te groeien in het huidige klimaat."

Dierentransport

De verovering van alpiene of subalpiene habitats door planten van lagere hoogten verloopt echter langzamer dan verwacht, zegt de ecoloog. Hij suggereert dat dit, naast de weerstand van bestaande vegetatie, deels te wijten kan zijn aan het slechte verspreidingsvermogen van de planten. Sommige hebben zaden die door de wind kunnen worden gedragen, maar die niet afhankelijk zijn van dieren om hun zaden te verspreiden. Studies hebben bijvoorbeeld aangetoond dat koeien kiembare zaden in hun darm transporteren.

Een van Alexanders masterstudenten gaat binnenkort aan de slag om te onderzoeken of herten en gemzen ook de zaden van bepaalde plantensoorten verspreiden. Uiteindelijk moeten deze gegevens in mechanistische modellen vloeien die wetenschappers zullen helpen veranderingen in plantengemeenschappen te voorspellen, inclusief klimaatprojecties en verspreidingsmechanismen, interacties tussen planten en de manier waarop ze evolueren.

Alexander rijdt al terug naar Haldenstein en Chur en navigeert voorzichtig met de auto naar de huizen ver beneden. Bij een haarspeldbocht slaat hij rechtsaf om hun proefterrein op 1400 meter boven zeeniveau te inspecteren. Hij parkeert de auto aan het einde van de weg en loopt de laatste paar honderd meter een pad op. Al snel staat hij aan de rand van een grote open plek die bekend staat als Nesselboden. Het is hier merkbaar warmer dan 600 meter verderop. De gemiddelde temperatuur verandert met ongeveer 0,5 graden Celsius voor elke 100 meter hoogte, dus een eenvoudige berekening suggereert dat de lucht om ons heen nu 3 graden warmer is. Dit is dus het klimaat waarmee alpenplanten in de toekomst te maken zullen krijgen.

Strijd om middelen

De weidebloemen die naar dit perceel zijn overgeplant, zijn nog uitbundiger en bloeien zowel geïsoleerd als in aanwezigheid van bestaande vegetatie. Ze hebben duidelijk geen moeite om te concurreren met andere planten die inheems zijn op deze hoogte. Maar in een van de andere vierkante meters grond ziet het er heel anders uit. Als onderdeel van een eerder experiment een paar jaar geleden, hebben de onderzoekers de grond en de plantengemeenschap van 2.000 meter naar deze plek op 1.400 meter getransplanteerd, waardoor ze effectief het klimaat van de toekomst in werden gekatapulteerd.

De patch wordt gedomineerd door alchemilla, beter bekend als vrouwenmantel. "Deze soort heeft duidelijk geen probleem met het nieuwe klimaat. Maar sommige van de andere alpenplanten die tegelijkertijd werden getransplanteerd, hebben de strijd om hulpbronnen al verloren van concurrenten die beter zijn aangepast aan warme temperaturen", zegt Alexander, terwijl hij een hand opsteekt om zijn ogen te beschermen tegen de ondergaande zon. "Dus, ervan uitgaande dat het op grotere hoogte warmer en droger wordt, zullen de planten daarboven worden geconfronteerd." Hoe dan ook, zegt hij, ze zijn van plan deze onderzoekspercelen op de open plek van Nesselboden gedurende minstens tien jaar te bestuderen om te verifiëren of hun voorspellingen over hoe plantengemeenschappen zullen veranderen, juist zijn.

Alexanders onderzoek zal uiteindelijk uitwijzen hoe de flora op Calanda precies zal evolueren. Maar het lijkt er zeker op dat verandering onvermijdelijk is - en dat er binnenkort nog veel meer witte, violette en gele bloemen zullen verschijnen over de huidige alpenweiden.