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Projekt
Statistische Modelle zur Erzeugung und Analyse von räumlichen Meta-Gemeinschafts Nahrungsnetzen
Antragsteller
Professor Dr. Bernd Blasius
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung von 2012 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 199908418
Das Projekt untersucht das Zusammenspiel von Struktur und Dynamik in räumlichen Nahrungsnetzen. Zu diesem Zweck kombinieren wir die Datenanalyse von natürlichen Nahrungsnetzen mit numerischer Simulation in Systemen gekoppelter Patches und der Entwicklung von trophischen Patchdynamik Modellen. Die Untersuchungen sind in die folgenden vier Arbeitspakete strukturiert: (1) Datenanalyse von natürlichen räumlichen Nahrungsnetzen und deren quantitative Charakterisierung mittels Kenngrößen. Die Analyse basiert auf empirischen Datensätzen zu Nahrungsnetzen, beinhaltet aber auch nicht-trophische ökologische Interaktionen, sowie Netzwerk-auf-Netzwerke Strukturen anderer natürlicher Systeme. Die entwickelten Algorithmen werden in einem public-domain R-Paket integriert und öffentlich verfügbar gemacht. (2) Computersimulation in großen Netzwerken gekoppelter Patches zur Untersuchung der Rolle von Heterogenität und zeitlichen Störungen für die Struktur und Dynamik in meta-Nahrungsnetzen. Die Analyse beinhaltet den Einfluss von core-satellite Verteilungen und nestedness Mustern der Artverbreitungsgebiete, räumliche Inhomogenitäten, Gradienten und Parameterunordnung, sowie den Einfluss einer heterogenen Patchgrößenverteilung. Zur Untersuchung der zeitlichen Aspekte in räumlichen Nahrungsnetzen werden die Antwort auf externe Störungen, die Rolle von korrelierten räumlichen Störungen für die Synchronisierung der Populationsdynamik (Moran Effekt), sowie die Ausbreitung kleiner Störungen im räumlichen und trophischen Netzwerk untersucht. (3) Analyse des dynamischen Aufbaus (Assembly) von Artengemeinschaften in räumlichen Nahrungsnetzen mittels stochastischer, sequentieller Kolonisierungs und Extinktionsereignisse. Zunächst wird das Community Assembly auf einem einzelnen Habitat-Patch durch Kolonisation aus einem Mainlandpool untersucht. Anschließend wird die Patchdynamik in räumlich expliziten Modellen auf einem komplexen räumlichen Ausbreitungsnetzwerk untersucht. Daraus werden implizite Modelle entwickelt, die die Anzahl der besetzten Patches beschreiben. Schließlich werden strukturelle Metapopulationsmodelle, die explizit die Verteilungen von Patchgrößen und Populationszahlen beinhalten, auf trophische Interaktionen erweitert, um auf diese Weise Metapopulations und Populationsdynamik Modelle zu verknüpfen. Die Ergebnisse werden mit ODE-Modellen und empirischen Daten verglichen. (4) Bestimmung des Einflusses von Habitatverlust und -fragmentierung auf wesentliche Charakteristika der Nahrungsnetze (z.B. Anzahl der trophischen Ebenen). Das entwickelte Framework trophischer Metapopulationen wird verwendet, um die Hypothese zu prüfen, dass sich Habitatverlust besonders stark auf höhere trophische Ebenen auswirkt und dadurch die Persistenz basaler Arten erhöht (positiver Fragmentierungseffekt), dieser Effekt aber durch ein höheres Dispersionsvermögen abgemildert werden kann.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
