Erhalt funktioneller Biodiversität durch selbstorganisierte Musterbildung

• Antragsteller: Dr. Christian Guill
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499989983

Wir haben kürzlich einen neuartigen Mechanismus zum Erhalt der funktionellen Biodiversität in ökologischen Meta-Gemeinschaften beschrieben, der auf selbstorganisierter Musterbildung beruht. Letzteres ist ein Prozess, durch den räumlich heterogene Verteilungen von Arten und ihrer Ressourcen allein durch das Zusammenspiel der Fraßbeziehungen der Arten und ihrer Bewegung im Raum entstehen. Selbstorganisierte Musterbildung ist aus einer Vielzahl unterschiedlicher Ökosysteme bekannt, bislang ist jedoch unklar, inwieweit dieser Prozess die Diversität der Systeme beeinflusst. Mit einem Modell eines generischen Meta-Nahrungsnetzes mit einer diversen Gemeinschaft von Autotrophen (Pflanzen oder Algen) haben wir gezeigt, dass die entstehenden räumlichen Muster in der Verteilung der Arten lokal unterschiedliche Selektionsdrücke auf einen funktionellen Trait der Autotrophen erzeugen. Diese Rückkopplung zwischen der Biomasseverteilung der Arten und dem Trait erhöht die funktionelle Diversität der Autotrophen (gemessen an der Verteilungsbreite ihres funktionellen Traits) zehnfach im Vergleich zu Situationen ohne selbstorganisierte Musterbildung. Dieser Anstieg der Diversität ist bedeutend, da er die kontinuierliche Anpassung der Autotrophengemeinschaft an wechselnde Umweltbedingungen ermöglicht. Um ein detailliertes Verständnis dieses Mechanismus zum Erhalt von Biodiversität zu erleichtern, wurden zentrale Modellaspekte wie die räumliche Anordnung der Habitatpatches oder die Diversität entlang der Nahrungskette zunächst absichtlich sehr einfach gehalten. Das zentrale Ziel dieses Vorhabens ist daher, die Allgemeingültigkeit dieses auf selbstorganisierter Musterbildung beruhenden Mechanismus für den Erhalt von Biodiversität zu bestimmen. Dazu soll das Modell entlang dreier ökologisch relevanter Komplexitätsachsen weiterentwickelt werden. Im ersten Schritt sollen die Bedingungen, unter denen selbstorganisierte Musterbildung Biodiversität in realistischen (d.h. großen und komplexen) räumlichen Netzwerken aus Habitatpatches erhalten kann, geklärt werden. Zudem soll untersucht werden, wie dies durch menschliche Eingriffe (z.B. Habitatverlust) beeinflusst wird. Im zweiten Schritt werden wir das Zusammenspiel allgegenwärtiger Heterogenität von Umweltbedingungen mit selbstorganisierter Musterbildung beim Erhalt funktioneller Diversität untersuchen. Zuletzt werden wir das Potential des beschriebenen Mechanismus, funktionelle Diversität auf mehreren Trophiestufen des Nahrungsnetzes zu erhalten, untersuchen. Dazu wird das Grundmodell so erweitert, dass es Co-Adaption diverser Räuber- und Beutegemeinschaften erlaubt. Die erwarteten Ergebnisse dieses Vorhabens werden damit ein umfassendes Bild liefern, inwieweit selbstorganisierte Musterbildung einen generischen Mechanismus bereitstellt, mit dem die funktionelle Diversität in komplexen ökologischen Gemeinschaften unterstützt wird, und sie werden zeigen, wie empfindlich dieser Mechanismus auf menschliche Eingriffe reagiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen