Regenwälder sind die mit Abstand vielfältigsten und artenreichsten Ökosysteme der Erde. Kein anderes terrestrisches (landbesiedelndes) Ökosystem ist mit ihnen vergleichbar; unter den marinen Lebensräumen stellen die Korallenriffe die Entsprechung zu den Regenwäldern dar. Ein Großteil der Tiervielfalt besteht aus Insekten sowie vielen anderen Wirbellosen, darunter insbesondere Ameisen- und Termitenarten, die hinsichtlich der Individuenzahlen die bei weitem dominierenden Tiergruppen sind. Ein großes Regenwaldgebiet wie das Amazonasbecken kann über zehn Millionen Tierarten beherbergen, von denen die meisten kaum wissenschaftlich dokumentiert sind und über deren Lebensweise man kaum Näheres weiß.
Im Gegensatz zu vielen Wäldern in der gemäßigten Zone existiert die diversifizierte Tierwelt der Regenwälder hauptsächlich auf Bäumen. Selbst einige große Wirbeltiere wie der Orang-Utan auf Borneo und Nordsumatra haben sich so entwickelt, dass sie den Großteil ihres Lebens auf Bäumen verbringen. Die große Diversität zahlreicher Tiergruppen auf engstem Raum, etwa der Vögel, kann weitgehend durch die Tatsache erklärt werden, dass verschiedene einzigartige Kombinationen der Arten für gewöhnlich unterschiedliche Stockwerke des Regenwaldes bewohnen. In den Küstenregenwäldern des Amazonas wird die Diversität der Wirbeltiere durch zahlreiche Fischarten noch stark erhöht, die diese Lebensräume während der jährlichen Überschwemmungen besiedeln und sich u. a. von Früchten, Samen und Insekten ernähren, die von den Bäumen ins Wasser fallen.
Das Leben auf tropischen Bäumen führte zur Entwicklung einiger typischer Anpassungsformen. So verfügen in den Regenwäldern der Neuen Welt zahlreiche Säugetiergruppen wie die vielen Affenarten und einige Stachelschweine über Greifschwänze. Diese unterstützen nicht nur ihre Mobilität, sondern ermöglichen es den Tieren gleichzeitig, an einem Ast hängend die sonst schwer zugängliche Nahrung zu erreichen. In einigen asiatischen Regenwäldern sind besonders Tierarten beheimatet, die die Fähigkeit zum Gleitflug besitzen. Allein auf Borneo leben über 30 Säugetier-, Reptilien- und Amphibienarten, die von einem Baum zum nächsten segeln können.
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