Wie neue Forschungsarbeiten das Datendefizit im Bereich der biologischen Vielfalt beheben

Wie kann man etwas so Kompliziertes wie die biologische Vielfalt messen? Wir folgen einem Forscherteam aus Südfrankreich in den Dschungel von Borneo, um zu erfahren, wie die Analyse von Tonaufnahmen Investoren und Unternehmen bald dabei helfen könnte, die Risiken für die biologische Vielfalt besser einzuschätzen. 

• Der Schutz der biologischen Vielfalt ist das nächste große Ziel für nachhaltige Investitionen
• Aber Investoren haben weder solide Instrumente, um dies zu messen, noch sinnvolle Ziele, die sie anstreben können
• Neue Forschung nutzt Tonaufnahmen, um den Reichtum der biologischen Vielfalt zu erfassen
• Sie verspricht ein standardisiertes Maß für die biologische Vielfalt, das Anlegern helfen wird, Risiken besser zu bestimmen

Aix-en-Provence, Frankreich, Februar 2023. Ein junger Umweltforscher spielt eine Reihe von Aufnahmen von Wildtieren ab, die auf einer Palmölplantage in Borneo aufgenommen wurden. Der Raum füllt sich mit dem Ruf von Nashornvögeln und dem Zirpen von Grillen. Auf dem Bildschirm flackern zwei schwarze Rechtecke in verschiedenen Farben. Es handelt sich um Spektrogramme, eine visuelle Darstellung der Geräusche, die wir hören können.

"Das Schwarze ist die Stille", erklärt der Forscher Iván Beltrán, Mitglied des Teams des französischen Start-up-Unternehmens Green PRAXIS, das die Studie durchführt. Die Spektrogramme ermöglichen es dem Team, auf einen Blick zu erkennen, was eine weitere Untersuchung rechtfertigt. Mit genügend Erfahrung ist es möglich, mit einem Blick auf ein Bild Artengruppen herauszufiltern und zu erkennen, zu welcher Tageszeit eine Aufnahme gemacht wurde.

Am unteren Rand der Karte ist eine dicke rote Linie zu sehen.

"Dieses Band sind Insekten".

Direkt darunter sehen wir auch den Ruf eines einzelnen Vogels.

Iván zeigt auf das zweite Spektrogramm. 

"Hier gibt es auch ein Insektenband, aber in der Mitte sieht man viele Vögel."

Die Präsentation wird von einer kleinen Gruppe von Investmentexperten verfolgt. Sie sind nach Aix gekommen, um den neuesten Stand der von ihnen geförderten Forschungsarbeiten zu hören, bei denen diese Tonaufnahmen zur Messung der biologischen Vielfalt verwendet werden. Mit anderen Worten, nicht die Lebewesen werden erfasst, sondern die Geräusche, die die Lebewesen machen - ein Forschungsgebiet, das Bioakustik genannt wird.

Derzeit stützen sich die standardisierten Instrumente, die von Finanzinstituten zur Messung der biologischen Vielfalt verwendet werden, eher auf die Modellierung der potenziellen Auswirkungen einer Tätigkeit auf der Grundlage dessen, was über den Ort, an dem sie stattfindet, bekannt ist, als auf die direkte Messung der Auswirkungen. Ziel des Projekts ist es, ein schnelles, erschwingliches und zuverlässiges Verfahren zu entwickeln, mit dem der Zustand der biologischen Vielfalt an einem bestimmten Standort direkt bewertet werden kann - und zwar sowohl in Bezug auf den Artenreichtum (wie viele verschiedene Artengruppen es gibt) als auch auf die Artenvielfalt (wie viele Exemplare jeder Artengruppe). So will man die Art von Biodiversitätsdaten erfassen, die Investoren benötigen, um intelligente Entscheidungen zu treffen.

"Die Lösung der Biodiversitätsproblematik könnte die Dekarbonisierung als größten Megatrend unserer Lebenszeit übertreffen", sagt Velislava Dimitrova, Portfoliomanagerin bei Fidelity International. "Die Daten, die uns derzeit zum Thema Biodiversität zur Verfügung stehen, sind unzureichend, um die Risiken, die wir in unseren Portfolios eingehen, abschätzen zu können."

Fünf Monate zuvor... 

Borneo, Indonesien, September 2022. Nach einer achtstündigen Fahrt über unwegsames Gelände und einem kurzen Schlaf auf dem Boden einer spartanischen Unterkunft erwacht Fidelity-Analystin Minlin Lee zu Gibbon-Gesängen. Minlin hat von einem Palmölproduzenten die Erlaubnis erhalten, auf seinem Land eine Pilotstudie durchzuführen, bei der die Bioakustik der Produktionsflächen, auf denen er seine Pflanzen anbaut, mit den von ihm verwalteten Schutzgebieten und einer Kontrollfläche außerhalb seiner Konzession verglichen wird.

"Biodiversität ist für die Unternehmen, die ich betreue, ein immer wichtigeres Thema", erklärt sie. "Vor allem, wenn es um Palmölplantagen geht."

Ein paar Stunden später stapft Minlin durch den Dschungelschlamm, ihre Stiefel knacken an den Zweigen, und sie folgt dem Team von Green PRAXIS unter tiefhängenden Ästen und über behelfsmäßige Holzbrücken. Sie sind auf dem Weg in den Wald zu einem Testgelände, um die am Vortag angebrachten Mikrofone zu überprüfen. Während sie durch die Bäume gehen, erklärt die Forscherin Noreen Blaukat das Konzept der Bioakustik.

"Geräusche werden von vielen Tiergruppen genutzt", sagt Noreen. "Wir können sie als Indikator für die Artenvielfalt verwenden.

"Was ist der Unterschied zu anderen Überwachungsmethoden?"

"Die Bioakustik ist nicht invasiv. Man lässt das Aufnahmegerät einfach an Ort und Stelle, so dass man keine Menschen braucht, die im Wald herumlaufen und möglicherweise die Tierwelt stören. Außerdem kann man sie für große Gebiete und lange Zeiträume einsetzen und so Erkenntnisse über verschiedene Tages- oder Jahreszeiten gewinnen."

Es ist diese Skalierbarkeit, die die Bioakustik zu einem potenziellen Wendepunkt macht. Die derzeitigen Methoden zur Messung der biologischen Vielfalt können sehr arbeitsintensiv und zeitaufwendig sein. Oft müssen Experten physisch zählen, wie viele verschiedene Arten sie sehen und wie viele von jeder Art. Das Ergebnis ist ein Rinnsal von Daten, während die Welt einen Sturzbach braucht.

Das Team kommt am Testgelände an.

"Es ist gar nicht so schlecht hier", sagt Patrick McLean, technischer Leiter von Green PRAXIS. "Die erste Kontrollfläche war furchtbar. Jede Menge Ameisen."

Am Fuß eines Baumes ist eine schwarze Plastikbox mit einem Durchmesser von etwa 20 Zentimetern festgeschnallt, von der aus sich mehrere Kabel über den Dschungelboden zu zwei Stativen schlängeln, von denen jeweils eines am Rand der 20 Meter breiten Aufzeichnungsfläche steht. Jedes Stativ hält ein Paar Mikrofone, eines in Bodennähe, das andere weiter oben.

"Die Idee ist, verschiedene Elemente der Klanglandschaft einzufangen", erklärt Noreen.

Patrick öffnet den Karton und nimmt vorsichtig das Aufnahmegerät und die Soundkarte heraus. Jede Bewegung ist gemessen, überlegt und präzise, als würde er eine Bombe entschärfen.

In der Nähe wickelt ein Kollege ein Maßband um einen Baumstamm.

"Für uns ist es unter anderem wichtig, die Dichte der Vegetation in der unmittelbaren Umgebung der Mikrofone zu erfassen", sagt Patrick.

Dazu gehört die Identifizierung aller Bäume mit einem Durchmesser von mehr als 10 cm sowie die Aufnahme von Videos und Fotos des Standorts, damit das Team die Auswirkungen der Schallabsorption beurteilen kann. Die Höhe der Baumkronen beeinflusst auch die Anzahl der Vögel oder Fledermäuse, die von den Mikrofonen erfasst werden können. Das Team nimmt auch Temperatur- und Feuchtigkeitsmessungen vor. Je besser sie die Unterschiede zwischen den Parzellen verstehen, desto besser können sie sie in ihrer Analyse berücksichtigen.

Noreen nimmt die Soundkarte und steckt sie in ihren Laptop.

"Wir haben gestern um 10.16 Uhr angefangen", sagt sie und deutet auf die erste Aufnahme. "Die letzte Datei stammt von unserer Ankunft, es ist also alles vorhanden."

Zufrieden macht sich das Team auf den Weg, um den nächsten Standort zu überprüfen. Insgesamt gibt es zehn Teststandorte, an denen jeweils vier Mikrofone angebracht sind. Insgesamt werden sie über einen Zeitraum von sechs Tagen 276 Stunden an Aufnahmen machen, die Schutzgebiete, Produktionsflächen und ein Kontrollgebiet abdecken. Idealerweise wäre das Kontrollgebiet ein Primärwald. Da diese jedoch alle in den 1980er Jahren gerodet wurden, handelt es sich bei der Kontrollfläche für diese Studie um Sekundärwald, der in den letzten 10 Jahren nicht abgeholzt wurde und im Gegensatz zu den Schutzgebieten nicht von der Palmölfirma überwacht wird.

Die Analyse 

Aix-en-Provence, Frankreich, Februar 2023. Zurück in den Büros von Green PRAXIS setzt sich Patrick mit Charlotte Apps, Analystin für nachhaltiges Investieren bei Fidelity, zusammen, um die Forschungsergebnisse des Teams vorzustellen. Charlotte beginnt mit der Frage nach der offensichtlichen Herausforderung:

"Sie haben eine Menge Daten. Wie bekommt man die alle an einen einzigen Ort?"

Patrick erklärt, dass es nicht nur unpraktisch, sondern auch sinnlos wäre, sich alle Aufnahmen vollständig anzuhören. Der Mensch kann nur einen Teil der Informationen hören, nämlich den Bereich zwischen 20 Hz und 20 kHz. Fledermausrufe zum Beispiel liegen meist bei viel höheren Frequenzen, die wir nicht wahrnehmen können. Es ist also ein anderer Ansatz erforderlich.

Die Antwort liegt in akustischen Indizes, den Arbeitspferden der Bioakustikforscher. Ein akustischer Index fasst ein bestimmtes Merkmal einer Hörprobe mit einer mathematischen Formel zusammen, ähnlich wie ein Finanzanalyst Kennzahlen und andere Metriken verwendet, um den Jahresabschluss eines Unternehmens zu verstehen. Zwei große Vorteile sind, dass man einen Großteil der Arbeit mit Software automatisieren kann und dass die Geräte auch Audiosignale erfassen können, die über den menschlichen Hörbereich hinausgehen.

Nach dem Vergleich einer Reihe von Indizes hat sich das Green PRAXIS-Team für drei entschieden. Der erste ist der Acoustic Complexity Index, der Amplitudenveränderungen von einer Zeitperiode zur nächsten misst. Im Wesentlichen handelt es sich um ein Maß für die Lautheit.

Aber, so betont Patrick, dies wird in Bändern analysiert, die durch die Frequenz festgelegt sind. "Wie viel passiert bei 5kHz, was passiert bei 10, 15 usw.".

Dies ist der erste Schritt zur Trennung verschiedener Artengruppen und zur Erfassung der Vielfalt in einer Aufnahme.

Die Trennung nach Häufigkeit hilft bei der Identifizierung verschiedener Artengruppen

^{Die Tabelle zeigt die Häufigkeit, mit der verschiedene Artengruppen vokalisieren. Quelle: Green PRAXIS, April 2023.}

Der zweite akustische Index, die zeitliche Entropie, misst die Energiekonzentration innerhalb eines bestimmten Zeitraums und stellt die "Struktur" eines Klangs dar.

"Geräusche sind unstrukturierte Klänge", sagt Patrick, der dies mit einem kurzen weißen Rauschen demonstriert. 'Tweet, tweet' ist strukturierter Klang.

Der dritte Index misst die Anzahl der akustischen Ereignisse pro Sekunde, die über einem bestimmten Schwellenwert liegen, und dient dazu, sich wiederholende Geräusche wie Vogelstimmen zu erkennen.

Jedem Index wird dann eine Farbe zugewiesen - rot für Lautstärke oder "Lautheit", grün für Entropie oder "Struktur", blau für die Anzahl der Ereignisse pro Sekunde oder "Wiederholbarkeit". Mithilfe dieser Farben kann das Team sogenannte LDFC-Spektrogramme (Long Duration False Colour) erstellen, die die Klanglandschaft auf der Grundlage der von den gewählten Indizes gemessenen Merkmale darstellen.

In den folgenden Bildern, die jeweils aus der Aufzeichnung eines einzigen Tages stammen, spiegelt der hohe Rotanteil im Produktionsdiagramm die intensivere akustische Aktivität an diesem Ort wider. Mit anderen Worten: Es war lauter. Beim Anhören der entsprechenden Aufnahmen konnte das Team den Schuldigen identifizieren: Zikaden, ein großes Insekt, das für einen Großteil des Lärms in der Palmöl-Monokultur der Produktionsfläche verantwortlich ist.

Das mag daran liegen, dass Zikaden anpassungsfähig sind und degradierte Umgebungen wie landwirtschaftliche Plantagen tolerieren können, oder auch daran, dass sich ihr Geräusch in einer weniger dichten Vegetation weiter verbreitet.

Im Gegensatz zu den Produktionsflächen sind die Diagramme der Kontroll- und Schutzflächen stärker blau gefärbt, was die deutlich höhere Anzahl akustischer Ereignisse pro Sekunde an diesen Standorten widerspiegelt.

"Die Schutzflächen wiesen ein ganz anderes Profil auf als die Produktionsflächen und näherten sich im Laufe der Aufzeichnungskampagne qualitativ der Kontrollfläche an", bestätigt der Forscher Iván.

Die Analyse der Aufzeichnungen zeigt, dass auf den Produktionsflächen tagsüber mehrere Stunden lang nur Insekten zu hören waren, was auf eine veränderte Tiergemeinschaft in den Gebieten mit intensiver Palmölproduktion schließen lässt.

"Außerdem", fügt Iván hinzu, "zeigt ein eingehender Vergleich der Indexwerte, dass die berechneten Parameter für die Schutzgebiete häufig zwischen den Werten für die Produktions- und die Kontrollflächen liegen. Das deutet darauf hin, dass die Artenvielfalt in den Schutzgebieten zu diesem Zeitpunkt möglicherweise noch geringer ist als in den Kontrollgebieten außerhalb der Konzession".

Einsatz der Bioakustik in der Praxis 

Ein Ziel des Projekts ist es, die riesige Menge an Rohdaten, die man von einem Mikrofon im Dschungel erhält, so aufzubereiten, dass sie sowohl ökologisch sinnvoll als auch einfach zu interpretieren sind. Bislang ist die Arbeit jedoch noch sehr praxisorientiert und zeitaufwändig. Die nächste Stufe der Analyse des Green PRAXIS-Teams ist eine leicht verständliche visuelle Darstellung der Ergebnisse. Diese Fähigkeit, direkte Messungen vorzunehmen und sie schnell zu analysieren, wird für alle nützlich sein, die die Artenvielfalt verfolgen wollen, einschließlich der Investoren.

Velislava, Portfoliomanagerin bei Fidelity, erklärt: "Gegenwärtig mag es den Anschein haben, dass zwei Unternehmen, in die wir im gleichen Sektor investieren, ähnlich viel Zeit und Ressourcen für den Artenschutz aufwenden, aber es ist sehr schwierig, ihre Erfolge - die Auswirkungen dieser Bemühungen - zu vergleichen. Es gibt einfach keine allgemein anerkannte, standardisierte Methode, um die Auswirkungen von Unternehmen auf die Umwelt zu messen. 

Das Ziel der bioakustischen Arbeit ist es, dies zu ändern, indem eine Methodik entwickelt wird, die sowohl skalierbar als auch für Unternehmen wirtschaftlich tragbar ist. Investoren wollen verstehen, wie die Aktivitäten, die sie mitfinanzieren, die biologische Vielfalt verändern und von ihr abhängen.

"Diese Studie zeigt, dass die Bioakustik eine effiziente Methode zur Messung der biologischen Vielfalt sein kann", sagt Jenn-Hui Tan, Global Head of Sustainability bei Fidelity. "Und nur wenn etwas gemessen werden kann, kann es auch verändert werden, daher sind wir von der praktischen Anwendung begeistert.

Nicht, dass die Bioakustik ein Allheilmittel sein wird. Weder sie noch irgendeine andere Messgröße wird sich als Antwort der biologischen Vielfalt auf das "Kohlendioxidäquivalent" erweisen, das zum Standard für die Offenlegung von Treibhausgasemissionen geworden ist. Die Natur und ihre Prozesse sind dafür viel zu komplex; es bedarf einer Reihe von Lösungen, um das Blatt zu wenden.

Nichtsdestotrotz wird die Fähigkeit, kostengünstige und schnelle akustische Erhebungen in großem Maßstab durchzuführen, von entscheidender Bedeutung sein, da sie es den Unternehmen ermöglicht, die Auswirkungen ihrer Aktivitäten zu messen und offenzulegen, und den Anlegern ein Instrument an die Hand gibt, mit dem sie die leistungsstärksten Unternehmen identifizieren und denjenigen, die hinterherhinken, harte Fragen stellen können.

"Ich bin fest davon überzeugt, dass wir mit mehr Daten in der Lage sein werden, so zu investieren, dass wir schneller zur Lösung des Problems des Verlusts der biologischen Vielfalt beitragen können", sagt Velislava.

In Aix geht die Forschung weiter. Weitere Feldarbeiten sind geplant, und Fidelity und deren Co-Sponsoren werden das Projekt weiterhin unterstützen. Halten Sie also Augen und Ohren offen.