GAIA-Initiative @ Leibniz-IZW – ein Forschungs-, Artenschutz- und Technologiecluster

Die Vision der GAIA-Initiative ist es, unser Verständnis ausgewählter Raubtier- und Aasfresserarten in vom Menschen beeinflussten Ökosystemen zu verbessern und dieses Wissen zur Lösung praktischer Naturschutzprobleme zu nutzen – durch den Einsatz von Wächterarten in Frühwarnsystemen für Umweltveränderungen und kritische ökologische Ereignisse. Dabei setzt GAIA auf High-Tech, um schnelle und zuverlässige Wildtierforschung für den Artenschutz zu ermöglichen: Im Cluster werden Hochdurchsatz-Telemetrie, Biologging und maschinelles Lernen eingesetzt und weiterentwickelt, um ein weltumspannendes Netzwerk aus tierischer, menschlicher und künstlicher Intelligenz zu bilden. GAIA setzt diese Systeme gemeinsam mit Partnern direkt um, um den Impact im Artenschutz zu maximieren.

Durch das Wirken des Menschen ist die Artenvielfalt in und die Funktionsweise von Ökosystemen überall auf der Welt akut gefährdet. Auf der einen Seite stellt ein rapide beschleunigter Umweltwandel Artengemeinschaften vor erhebliche Herausforderungen, etwa durch Biodiversitätsverlust oder klimatische Veränderungen; auf der anderen Seite bedrohen einzelne menschliche Aktivitäten, etwa Umweltkriminalität oder Effekte von Mensch-Wildtier-Konflikten, die Bestände bestimmter Arten direkt. Beiden Prozessen ist gemein, dass sie in punkto Geschwindigkeit und Intensität natürliche Veränderungen von Ökosystemen erheblich übertreffen – dass betroffene Arten also kaum evolutionär entwickelte Kompetenzen aufweisen, auf diesen Wandel zu reagieren und sich an neue Bedingungen anzupassen. Zudem stellt der rapide beschleunigte Umweltwandel auch die Umwelt- und speziell die Wildtierforschung sowie den Umwelt- und Artenschutz vor neue Herausforderungen: Es ist von hoher Dringlichkeit, die sich verändernde Umwelt sowie direkte und indirekte Risikofaktoren für Wildtiere erheblich schneller und gründlicher zu erfassen und zu verstehen, um effektive, wissenschaftsbasierte Artenschutzmaßnahmen entwickeln und umsetzen zu können.

Die Biodiversitätskrise korreliert mit technologischen Sprüngen und Wohlstandsgewinnen in den vergangenen 100 bis 150 Jahren, doch GAIA sieht in den neuen wissenschaftlich-technischen Möglichkeiten auch einen Schlüssel für die enormen Herausforderungen. High-Tech bietet jene Chance, Prozesse des Umweltwandels und kritische Ereignisse in Ökosystemen schnell und gründlich zu erfassen, zu analysieren und effektive Gegenmaßnahmen zu entwickeln und direkt umzusetzen. Um dies zu erreichen, bündelt GAIA die Expertise aus drei Domänen:

• aus der Wildtierforschung für den Artenschutz, die auf jahrzehntelange Erfahrung in der Erforschung von Geparden und anderen Raubtieren und ihren Lebensräumen sowie aus der veterinärmedizinischen Praxis und Forschung im südlichen Afrika beruht;
• aus der Entwicklung und Nutzung von Hochtechnologie-Anwendungen wie Mikroelektronik, Kameratechnik, Künstliche Intelligenz und Satelliten-Kommunikation sowie dessen Anwendung für Hochdurchsatz-Telemetrie und Biologging;
• sowie aus der Zusammenarbeit mit Organisationen im Umwelt- und Wildtiermanagement sowie aus Politik, Verwaltung, Wirtschaft und anderen Stakeholdern, um die unmittelbare Umsetzung von gewonnen Erkenntnissen und entwickelter Technik in die Praxis zu gewährleisten.

Diese Allianz aus exzellenter Forschung, innovativer Entwicklung und wirksamer Anwendung macht sich die herausragenden Sinnesleistungen und evolutionäre Intelligenz von bestimmten Tierarten zu Nutze und bildet ein weltumspannenden Netzwerks aus tierischer, menschlicher und künstlicher Intelligenz. Wächtertierarten, sogenannte„sentinel species“, wie Geier oder Raben verfügen über herausragende sensorische Fähigkeiten und evolutionäre Intelligenz. Sie erkennen wichtige Symptome des Umweltwandels und kritischer Ereignisse in ihren Lebensräumen – beispielsweise in Form von Kadavern verendeter oder getöteter Tiere – schnell und zuverlässig. GAIAs Forschung und Entwicklung zielt darauf, mit Hilfe von High-Tech durch die Augen der Wächtertiere in die Ökosysteme zu schauen, ihre Intelligenz zu nutzen und ihr wertvolles Wissen über die Natur für den Menschen mit Hilfe von künstlicher Intelligenz bzw. Maschinellem Lernen lesbar zu machen.

Die GAIA-Initiative ist einerseits ein Cluster für Forschung, Entwicklung und Technologie am Leibniz-IZW, andererseits ein Konsortium von aus Forschungsinstituten, Naturschutzorganisationen und Unternehmen, das in mehreren drittmittelgeförderten Projekten seit 2020 in allen drei Bereichen kooperiert. Ihr Ziel ist es, ein umfassendes globales High-Tech-Frühwarnsystem für ökologische Veränderungen und kritische Ereignisse in der Umwelt zu schaffen und dafür alle notwendigen Kenntnisse über die Tierarten und ihre Lebensräume sowie alle notwendigen technischen Verfahren und Geräte zu entwickeln. Dazu zählen eine neue Generation von Tiersendern mit sensornaher Künstlicher Intelligenz (KI), einer Kamera, energieeffizienter Elektronik und satellitengestützter Kommunikationstechnik. Die neuartigen Sender erkennen und übermitteln Tierverhalten in Echtzeit und sind daher Kernkomponenten des weltumspannenden Netzwerks aus tierischer, menschlicher und künstlicher Intelligenz. Ebenso dazu gehören Künstliche-Intelligenz-Algorithmen zur Verhaltenserkennung aus Tiersender-Daten sowie zur Bilderkennung, Konzepte für digitale Schwarmintelligenz in adhoc-Netzwerken von Mikroprozessoren sowie eine Flotte von Kleinsatelliten in einem erdnahen Orbit.

Schließlich steht die Integration von Forschung und Entwicklung mit der artenschutzfachlichen Praxis als dritte Säule der Arbeit in GAIA im Fokus. Die entwickelten Systeme und Verfahren werden kontinuierlich mit Anwendungspartnern evaluiert und für Artenschutzzwecke eingesetzt. Dafür entwickelt GAIA am IZW praxisnahe Pipelines, mit der beispielsweise Ranger in Nationalparken Zugriff auf die Analysedaten und -ergebnisse erhalten. Nicht zuletzt steht GAIA dafür in ständigem Austausch mit Stakeholdern aus Politik, Verwaltung, Behörden, Wirtschaft, Artenschutz und Zivilgesellschaft.

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Curk T, Santangeli A, Rast W, Portas R, Shatumbu G, Cloete C, Beytell P, Aschenborn O, Melzheimer J (2025): Using animal tracking for early detection of mass poisoning events. Journal of Applied Ecology Volume 62, Issue 8 (2025). DOI: 10.1111/1365-2664.70128

Curk Te, Rast W, Portas R, Kohles J, Shatumbu G, Cloete C, Curk Ti, Radchuk V, Aschenborn OHK, Melzheimer J (2025): Advantages and disadvantages of using social information for carcass detection–A case study using white-backed vultures. Ecological Modelling 499 (2025) 110941. DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2024.110941

Rast W, Portas R, Shatumbu GI, Berger A, Cloete C, Curk T, Götz T, Aschenborn OHK, Melzheimer J (2024): Death detector: Using vultures as sentinels to detect carcasses by combining bio-logging and machine learning. Journal of Applied Ecology. DOI: 10.1111/1365-2664.14810

Kane A, Monadjem A, Aschenborn OHK, Bildstein K, Botha A, Bracebridge C, Buechley ER, Buij R, Davies JP, Diekmann M, Downs CT, Farwig N, Galligan T, Kaltenecker G, Kelly C, Kemp R, Kolberg H, MacKenzie ML, Mendelsohn J, Mgumba M, Nathan R, Nicholas A, Ogada D, Pfeiffer MB, Phipps WL, Pretorius MD, Rösner S, Schabo DG, Shatumbu GL, Spiegel O, Thompson LJ, Venter JA, Virani M, Wolter K, Kendall CJ (2022): Understanding continent-wide variation in vulture ranging behavior to assess feasibility of Vulture Safe Zones in Africa: Challenges and possibilities. Biological Conservation 268 (2022) 109516. DOI: 10.1016/j.biocon.2022.109516