Abteilung Fischökologie & Evolution

Den Biodiversitätsverlust der Gewässer stoppen – trotz Klimawandel

Lange Zeit blieb unerkannt, dass Bartgrundeln (Barbatula), Groppen (Cottus) und Elritzen (Phoxinus) sogenannte Artkomplexe sind, die jeweils mehrere Arten mit unterschiedlichen Lebensraumansprüchen umfassen.

Die Schweizer Gewässer beherbergen eine aussergewöhnlich hohe biologische Vielfalt. Der zunehmende gesellschaftliche Druck auf das Klima und die natürlichen Ökosysteme führt jedoch zu einem noch nie dagewesenen Verlust an Biodiversität, insbesondere in Seen und Flüssen. Die ökologischen Folgen dieses Rückgangs werden nach wie vor weitgehend unterschätzt, und die Umsetzung von Schutzmassnahmen steht vor grossen Herausforderungen, da sie mit sozialen, wirtschaftlichen und politischen Einschränkungen in Einklang gebracht werden müssen. Das LANAT-3-Projekt zielt darauf ab, das Wissen über die aquatische Artenvielfalt zu verbessern, um ihre Erhaltung und Wiederherstellung zu unterstützen und gleichzeitig ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klimawandel durch evidenzbasierte, effiziente und effektive Strategien und Massnahmen zu verbessern. Um diese Ziele zu erreichen, fokussiert das Projekt auf fünf Schwerpunkte:

1. Bewertung und Dokumentation der Fischvielfalt, Kartierung der Artenverteilung und Beschreibung neuer Arten

Die Wahrscheinlichkeit den Verlust der Biodiversität stoppen und Lebensräume effektiv schützen zu können, hängt fundamental mit der Fähigkeit zusammen Arten korrekt zu erkennen und die biologische Vielfalt vollumfänglich zu beschreiben. Die Taxonomie spielt dabei eine entscheidende Rolle, da sie sich mit der Erkennung, Beschreibung, Verständnis und Einordnung der biologischen Vielfalt befasst. Rund ein Fünftel der über 120 in der Schweiz vorkommenden Fischarten gehören zu sogenannten Artkomplexen und sind weder formell beschrieben, noch sind ihre Habitatansprüche bekannt. Im Rahmen des LANAT-3-Projekts werden die Artkomplexe der Bartgrundeln (Barbatula spp.), Elritzen (Phoxinus spp.), Groppen (Cottus spp.), Gründlinge (Gobio spp.) und andere untersucht, ihre Identifizierung geklärt und neue Arten beschrieben (Calegari et al. akzeptiert). Die Beschreibung und Benennung dieser Arten ist entscheidend für deren Schutz, denn nur beschriebene Arten können durch die Gesetzgebung geschützt und gezielt gefördert oder in ihrer Verbreitung ausserhalb ihres natürlichen Lebensraums überhaupt dokumentiert werden (Josi et al. 2024a).

2. Identifizierung von Umweltfaktoren, die die Verbreitung von Arten beeinflussen

Sowohl natürliche Faktoren wie das Klima und die Verfügbarkeit von Nahrung als auch menschliche Aktivitäten beeinflussen die Verbreitung von Arten. Ökologische Nischenmodelle werden dazu genutzt, um vorherzusagen, wo Arten wahrscheinlich vorkommen. Aber bisher konnten diese Modelle nicht erklären, warum bestimmte Gebiete geeignet sind oder nicht (Josi et al. 2024b). Daher wurde in diesem Projekt ein neuer Ansatz entwickelt, der erklärbare künstliche Intelligenz verwendet, um herauszufinden, welche Umweltfaktoren einen Lebensraum für eine Art an einem bestimmten Ort gut oder schlecht machen. Auf diese Weise lässt sich das Ausmass menschlicher Aktivitäten auf den natürlichen Lebensraum einer Art quantifizieren und die wichtigsten Faktoren ermitteln, die den Verlust von Arten in einem bestimmten Gebiet verursachen (Waldock et al. 2024). Diese Erkenntnisse helfen dabei, gezielte Massnahmen zum Schutz der aquatischen Biodiversität zu entwickeln (Wegscheider et al. 2024).

3. Ermittlung von prioritären Gebieten für den Schutz der Biodiversität oder die Wiederherstellung von Lebensräumen unter Berücksichtigung des Klimawandels

Aufbauend auf den oben genannten Erkenntnissen wird eine systematische Naturschutzplanung entwickelt, um vorrangig zu schützende Gebiete, künftige Klimarefugien und Regionen mit dringendem Renaturierungsgsbedarf zu ermitteln. Basierend auf dieser evidenzbasierten Planung und Priorisierung wurde das Saane-Sense-Einzugsgebiet als eine von vielen Schlüsselregionen in der Schweiz mit hohem Schutzbedarf identifiziert. In dieser Pilotregion zielt das Projekt nun darauf ab, Wissenschaft und Praxis zu verbinden, um evidenzbasierte, effektive und effiziente Empfehlungen zu entwickeln.

4. Analyse der Praktiken und Perspektiven der Akteure

In der Schweiz gibt es verschiedene Gesetze und Verordnungen, entsprechende Vollzugsbereiche und Akteure, die direkt oder indirekt mit der aquatischen Biodiversität und dem Klimawandel verbunden sind. Um gezielte und sinnvolle Beiträge zur Erhaltung und Wiederherstellung der aquatischen Biodiversität leisten zu können, ist es wichtig zu wissen, was bereits geschieht, welche Perspektiven die Akteure einnehmen, wie sie interagieren und wo es Defizite und Chancen geben könnte. Zu diesem Zweck führt das Projekt eine Kontextanalyse und eine sozial-ökologische Netzwerkanalyse in verschiedenen Regionen durch wie der Untere Emme (Zinn et al. 2024) und in der Pilotregion Saane-Sense. Diese helfen dem Projekt zu beurteilen, wie gut Institutionen intern und untereinander zusammenarbeiten, und zeigen Bereiche auf, in denen Verbesserungen möglich sind.

5. Gemeinsames Entwickeln von evidenzbasierten, effektiven und effizienten Strategien und Massnahmen

Obwohl die Schweiz über rechtliche und strategische Rahmenbedingungen für die Erhaltung der aquatischen Biodiversität verfügt, steht ihre Umsetzung vor zahlreichen Herausforderungen. Dazu gehören begrenzte Ressourcen, eher opportunistische als evidenzbasierte Ansätze, Zielkonflikte und eine unzureichende Zusammenarbeit zwischen den wichtigsten Akteuren. Um diese Probleme zu überwinden, ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Praxis sowie die Umsetzung eines adaptiven und integrierten Managements unerlässlich. Dazu werden in partizipativen Prozessen relevante Akteure zusammengebracht, um gemeinsam evidenzbasierte, praktikable Strategien und Massnahmen für die effektive und effiziente Erhaltung und Wiederherstellung der aquatischen Biodiversität in der Schweiz zu identifizieren. Erste Erkenntnisse wurden in der Testregion gewonnen (Aeschlimann et al. 2024a; Aeschlimann et al. 2024b) und werden in der Pilotregion, in der der Schutz- und Wiederherstellungsbedarf besonders hoch ist, weiter vertieft, um schliesslich Erkenntnisse für die ganze Schweiz zu gewinnen.

Publikationen

Scientist Spotlight Bárbara B. Calegari, Ph.D. (2025), Journal of Ichthyology & Herpetology 112, No. 3, 2025.605-607

Wissenschaftliche Publikationen

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          systematics
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         s: <em>B. barbatula, B. caucasica, B. hispanica, B. leoparda, B. pironae, B.
          quignardi, B. sturanyi, B. taurica, B. vardarensis</em> and <em>B. zetensis
         </em>, with <em>B. caucasica</em> and<em> B. taurica</em> formerly considere
         d subspecies of <em>B. barbatula</em>. A comprehensive dataset of the DNA ba
         rcoding gene coI recovered four major clades within Europe: three in Eastern
          Europe including <em>B. caucasica, B. pironae, B. sturanyi, B. taurica, B.
         vardarensis</em> and <em>B. zetensis</em>, and one in Western Europe includi
         ng <em>B. barbatula, B. hispanica</em> and <em>B. leoparda</em>. The results
          further indicated several genetic lineages, representing potentially new sp
         ecies. Recent surveys in Switzerland revealed two new species of <em>Barbatu
         la</em>, within the Western clade, which are herein described. <em>Barbatula
          fluvicola</em>, a new species, inhabits streams and rivers in the upper and
          middle Rhine drainage in Switzerland and Germany, as well as the upper Danu
         be drainage in Germany and Austria. <em>Barbatula ommata</em>, a new species
         , is mostly confined to lakes of the Aare-Rhine system. The two new species
         overlap geographically in Switzerland, where they occupy different habitats.
          Morphological differences, species delimitation analyses, phylogenetic reco
         nstruction and genetic distances based on the coI gene corroborates the reco
         gnition of the two new species. To stabilise the nomenclatural status and th
         e consequent use of the nomen <em>B. barbatula</em>, we are herein designati
         ng an unambiguously identifiable neotype from the Lez River population, prev
         iously recognised as <em>B. quignardi</em>, to clarify the identity of the n
         ominal species <em>Cobitis barbatula Linnaeus</em>, 1758.
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         ;B.&nbsp;B.; Brodersen,&nbsp;J.; Jardim de Queiroz,&nbsp;L.; Seehausen,&nbsp
         ;O.
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         on
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         e constrained by multiple coincident natural and anthropogenic environmental
          gradients. Conservation actions are likely undermined without this knowledg
         e because the relative importance of the multiple anthropogenic threats is n
         ot set within the context of the natural determinants of species' distributi
         ons. We introduce the concept of a species 'shadow distribution' to address
         this knowledge gap, using explainable artificial intelligence to deconstruct
          the environmental building blocks of current species distributions. We asse
         ss shadow distributions for multiple threatened freshwater fishes in Switzer
         land which indicated how and where species respond negatively to threats —
          with negative threat impacts covering 88% of locations inside species' envi
         ronmental niches leading to a 25% reduction in environmental suitability. Ou
         r findings highlight that conservation of species' geographic distributions
         is likely insufficient when biodiversity mapping is based on species distrib
         ution models, or threat mapping, without also quantifying species' expected
         or shadow distributions. Overall, we show how priority actions for nature's
         recovery can be identified and contextualised within the multiple natural co
         nstraints on biodiversity to better meet national and international biodiver
         sity targets.
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' (114 chars) title => protected'Neglecting biodiversity baselines in longitudinal river connectivity restora
         tion impacts priority setting
' (105 chars) journal => protected'Science of the Total Environment' (32 chars) year => protected2024 (integer) volume => protected954 (integer) issue => protected'' (0 chars) startpage => protected'175167 (12 pp.)' (15 chars) otherpage => protected'' (0 chars) categories => protected'barrier prioritization; species distribution models; fish habitat; explainab
         le AI; restoration
' (94 chars) description => protected'River habitats are fragmented by barriers which impede the movement and disp
         ersal of aquatic organisms. Restoring habitat connectivity is a primary obje
         ctive of nature conservation plans with multiple efforts to strategically re
         store connectivity at local, regional, and global scales. However, current a
         pproaches to prioritize connectivity restoration do not typically consider h
         ow barriers spatially fragment species' populations. Additionally, we lack k
         nowledge on biodiversity baselines to predict which species would find suita
         ble habitat after restoring connectivity. In this paper, we asked how neglec
         ting these biodiversity baselines in river barrier removals impacts priority
          setting for conservation planning. We applied a novel modelling approach co
         mbining predictions of species distributions with network connectivity model
         s to prioritize conservation actions in rivers of the Rhine-Aare system in S
         witzerland. Our results show that the high number and density of barriers ha
         s reduced structural and functional connectivity across representative catch
         ments within the system. We show that fragmentation decreases habitat suitab
         ility for species and that using expected distributions as biodiversity base
         lines significantly affects priority settings for connectivity restorations
         compared to species-agnostic metrics based on river length. This indicates t
         hat priorities for barrier removals are ranked higher within the expected di
         stributions of species to maximize functional connectivity while barriers in
          unsuitable regions are given lower importance scores. Our work highlights t
         hat the joint consideration of existing barriers and species past and curren
         t distributions are critical for restoration plans to ensure the recovery an
         d persistence of riverine fish diversity.
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Calegari, B. B.; Freyhof, J.; Waldock, C.; Wegscheider, B.; Josi, D.; Rüber, L.; Seehausen, O. (2025) Two new species of stone loaches of the genus Barbatula (Cypriniformes: Nemacheilidae) from Europe with a neotype designation of B. barbatula (Teleostei: Nemacheilidae), Journal of Fish Biology, 107(4), 1364-1397, doi:10.1111/jfb.70108, Institutional Repository
Waldock, C.; Wegscheider, B.; Josi, D.; Borges Calegari, B. B.; Brodersen, J.; Jardim de Queiroz, L.; Seehausen, O. (2024) Deconstructing the geography of human impacts on species' natural distribution, Nature Communications, 15, 8852 (15 pp.), doi:10.1038/s41467-024-52993-0, Institutional Repository
Wegscheider, B.; Waldock, C.; Calegari, B.B.; Josi, D.; Brodersen, J.; Seehausen, O. (2024) Neglecting biodiversity baselines in longitudinal river connectivity restoration impacts priority setting, Science of the Total Environment, 954, 175167 (12 pp.), doi:10.1016/j.scitotenv.2024.175167, Institutional Repository

Andere Publikationen

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         ,&nbsp;B.&nbsp;B.; Waldock,&nbsp;C.; Seehausen,&nbsp;O.
' (207 chars) title => protected'Den Biodiversitätsverlust der Gewässer stoppen – trotz Klimawandel. Zwis
         chenbericht Phase I (2020 - 2023): Projekt LANAT-3, Wyss Academy for Nature
         Hub Bern
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         el sowie andere direkte und indirekte Treiber des Biodiversitätsverlustes v
         erstärken sich zunehmend. Während gesetzliche und strategische Grundlagen
         zum Schutz der Schweizer Gewässerbiodiversität vorhanden sind, steht deren
          Vollzug vor vielen Herausforderungen wie beispielsweise fehlenden Datengrun
         dlagen, mangelnden Ressourcen, Zielkonflikten und ungenügendem Austausch zw
         ischen relevanten Akteuren. Das Projekt LANAT-3 der Wyss Academy for Nature
         hat sich zum Ziel gesetzt, Lösungen für diese Herausforderungen zu erarbei
         ten. Dieser Bericht fasst die Erkenntnisse der ersten Projektphase (2020-202
         3) zusammen. [...]<br /><br />La biodiversité aquatique suisse est gravemen
         t menacée et le changement climatique ainsi que d'autres facteurs directs e
         t indirects de perte de biodiversité augmentent de plus en plus. Bien qu'il
          existe des fondements juridiques et stratégiques pour protéger la biodive
         rsité aquatique suisse, leur mise en oeuvre se heurte à de nombreux défis
          tels que par exemple l'absence de données, manque de ressources, les confl
         its d'objectifs et des échanges insuffisants entre les acteurs pertinents.
         Le projet LANAT-3 de la Wyss Academy for Nature vise à développer des solu
         tions à ces défis. Ce rapport résume les conclusions de la première phas
         e du projet (2020-2023). [...]<br /><br />La biodiversità acquatica svizzer
         a è in grave pericolo, poiché i cambiamenti climatici, in concomitanza con
          altri fattori diretti e indiretti di perdita di biodiversità, sono in cres
         cente aumento. Sebbene esistano basi giuridiche e strategiche per proteggere
          la biodiversità acquatica svizzera, la loro attuazione deve far fronte a n
         umerose sfide, tra cui la mancanza di dati, la scarsità di risorse, gli obi
         ettivi contrastanti e uno scambio insufficiente tra gli attori rilevanti. Il
          progetto LANAT-3 della Wyss Academy for Nature mira a sviluppare soluzioni
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' (206 chars) title => protected'Fünf Stossrichtungen zur Förderung der Gewässerbiodiversität. Erste Impu
         lse des Wyss Academy-Projekts Lanat-3
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         emy-Projekts «Den Biodiversitätsverlust der Gewässer stoppen – trotz Kl
         imawandel» (LANAT-3) vorgestellt. Der erste Artikel fokussiert auf den part
         izipativen Prozess in der Testregion «Untere Emme», der der Identifikation
          von Herausforderungen und Lösungsansätzen rund um den Schutz der Gewässe
         rbiodiversität diente. Die resultierenden «5 Stossrichtungen zur Förderun
         g der Gewässerbiodiversität» sind ein Zwischenergebnis. Sie dienen als Gr
         undlage für die Weiterarbeit und liefern erste Impulse.
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         ann,&nbsp;A.; Fischer,&nbsp;M.
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         er Eawag zusammen mit dem Schweizerischen Kompetenzzentrum Fischerei evidenz
         -basierte Ansätze für ein integrales Gewässermanagement entwickeln mit de
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         unbeschriebener arten für Erhalt/Wiederaufbau von Lebensräumen
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         en Geschwindigkeit ab. Bei den Bemühungen, diesen Verlust zu stoppen, werde
         n die Wichtigkeit fundierter Artenkenntnisse und die Beschreibung unbekannte
         r Arten häufig unterschätzt. Dies, obwohl sie die Grundlage sind für das
         Verständnis der vorhandenen Biodiversität, ihrer geografischen Verteilung
         und zeitlichen Veränderung. Die fehlende Grundlage hat Konsequenzen für de
         n Gewässerschutz: Effektive und effiziente Massnahmen zu entwerfen, umzuset
         zen und zu bewerten, wird dadurch erschwert.
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         r,&nbsp;B.; Waldock,&nbsp;C.; Calegari,&nbsp;B.
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         iche beteiligten Personen und deren Netzwerk sowie die Wahrnehmung der Ziele
          und Herausforderungen. Das Flussgebietsmanagement erfordert viel Zusammenar
         beit und wird durch Konflikte und Umweltprobleme beeinflusst. Ein sektorübe
         rgreifender Ansatz ist nötig, um diese Herausforderungen zu bewältigen.
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Aeschlimann, A.; Fehle, P.; Neuhaus, M.; Ingold, K.; Fischer, M.; Zinn, N.; Dario, J.; Wegscheider, B.; Calegari, B. B.; Waldock, C.; Seehausen, O. (2024) Den Biodiversitätsverlust der Gewässer stoppen – trotz Klimawandel. Zwischenbericht Phase I (2020 - 2023): Projekt LANAT-3, Wyss Academy for Nature Hub Bern, 103 p, Institutional Repository
Aeschlimann, A.; Fehle, P.; Neuhaus, M.; Seehausen, O.; Josi, D.; Wegscheider, B.; Waldock, C.; Calegari, B. B.; Ingold, K.; Fischer, M.; Zinn, N. (2024) Fünf Stossrichtungen zur Förderung der Gewässerbiodiversität. Erste Impulse des Wyss Academy-Projekts Lanat-3, Aqua & Gas, 104(6), 50-54, Institutional Repository
Josi, D.; Seehausen, O.; Wegscheider, B.; Waldock, C.; Calegari, B.; Zinn, N.; Ingold, K.; Neuhaus, M.; Aeschlimann, A.; Fischer, M. (2023) Biodiversitätsverlust der Gewässer stoppen, Aqua & Gas, 103(9), 66-67, Institutional Repository
Josi, D.; Calegari, B. B.; Waldock, C.; Wegscheider, B.; Seehausen, O. (2024) Artenkenntnis stärkt den Gewässerschutz. LANAT-3: Bedeutung der Erkennung unbeschriebener arten für Erhalt/Wiederaufbau von Lebensräumen, Aqua & Gas, 104(9), 78-76, Institutional Repository
Josi, D.; Wegscheider, B.; Waldock, C.; Calegari, B. B.; Seehausen, O. (2024) Von Daten zu Taten, Aqua Viva, 66(1), 32-35, Institutional Repository
Josi, D.; Wegscheider, B.; Waldock, C.; Calegari, B. B.; Seehausen, O. (2024) La modélisation de la biodiversité au service de la protection des eaux, Aqua Viva, 66(1), 32-35, Institutional Repository
Zinn, N.; Archbold, J.; Fischer, M.; Ingold, K.; Aeschlimann, A.; Fehle, P.; Seehausen, O.; Josi, D.; Wegscheider, B.; Waldock, C.; Calegari, B. (2024) LANAT-3: Klimawandel U. Biodiversitätsverlust im unteren Emmental. Im Fokus: Akteure, Akteurinnen und ihr Netzwerk, Aqua & Gas, 104(7+8), 46-50, Institutional Repository

Kollaborationen

Eawag, Abteilung Umweltsozialwissenschaften / Institut für Politikwissenschaften der Universität Bern

Dr. Manuel Fischer Abteilungsleiter & Gruppenleiter, Gruppe: PEGO Tel. +41 58 765 5676 Inviare e-mail

Schweizerisches Kompetenzzentrum Fischerei SKF

Adrian Aeschlimann
Geschäftsführer SKF

Webseite Schweizerisches Kompetenzzentrum Fischerei

Pia Fehle
wissenschaftliche Mitarbeiterin SKF

Maïva Brunnberg
wissenschaftliche Mitarbeiterin SKF

Eawag, Abteilung Fischökologie und Evolution, Gruppe Flussfisch Ökologie

Naturhistorisches Muesum Bern (NMBE)

Lukas Rüber
Kurator Ichthyologie
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Dr. Conor Waldock
School of Natural Sciences
Trinity College Dublin

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Bachelor-Studierende

 

Pascal Graber
Bachelorstudent
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Zoe Schuler
Bachelorstudentin
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  Celeida Kauz
Bachelorstudentin
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  Sarah Zimmermann
Bachelorstudentin
E-mail senden

 

Alumni

  • Lena Witschi, Bachelorarbeit mit dem Titel "Morphological Shape Variation in Cottus Populations in Switzerland", 2025

  • Joelle Pfäffli, Bachelorarbeit mit dem Titel "Comparative feeding ecology in Cottus populations from profundal and littoral lake and riverine habitats in Switzerland", 2025

  • Milena de Haan, Masterarbeit mit dem Titel "Disentangling Drivers of Community Structure in Lotic Freshwater Fish Communities in Switzerland", 2024

  • Sophie Moreau, Masterarbeit mit dem Titel "Eutrophication-induced loss of endemic species reduces thermal response diversity in Swiss lake fish communities", 2024

  • Anita Schmid, Masterarbeit mit dem Titel "Intraspecific morphological trait variation of riverine fishes in Switzerland", 2024