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Wissenschaftliche Zusammenfassung

Mit zunehmender Häufigkeit und Intensität von oft anthropogen verursachten Umweltstörungen (z.B. Klima- und Landnutzungswandel) nimmt die Biodiversität stetig ab. Dies führt dazu, dass die Flexibilität ökologischer Systeme, wie zum Beispiel Individuen, Populationen, Artengemeinschaften und Nahrungsnetze, sinkt, um erneute Umweltstörungen abzupuffern und ihre Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen aufrecht zu erhalten. Dies kann dann als Konsequenz zu einer weiteren Abnahme der Biodiversität führen mit tiefgreifenden Auswirkungen auf das menschliche Wohlbefinden und Wirtschaften. Ein verbessertes mechanistisches Verständnis und mathematische Modelle zur Vorhersage wie ökologische Systeme auf Störungen reagieren sind somit entscheidend für zukünftige Managemententscheidungen.

Unser Ziel ist es, das allgemeine Verständnis dieser extrem wichtigen, aber wenig verstandenen Rückkopplungsmechanismen zwischen biodiversitätsvermittelter Flexibilität von ökologischen Systemen und deren Möglichkeiten auf Störungen zu reagieren besser zu verstehen. Individuen, Populationen und Artengemeinschaften besitzen je nach Art der Biodiversität (z. B. genetisch, phänotypisch, taxonomisch) eine natürliche Flexibilität, die es ihnen erlaubt sich an die jeweiligen Umweltbedingungen anzupassen. Dies wiederum beeinflusst ihre zeitliche Dynamik und schlussendlich das gesamte Nahrungsnetz. Erhöhter Fraßdruck kann zum Beispiel zu mehr schlecht-fressbaren Algen führen. Dies reduziert die Abnahme der Algenbiomasse, wodurch die Biomasse und Zusammensetzung der Herbivorengemeinschaft beeinflusst wird. So kann sich zum Beispiel der Anteil der Herbivoren erhöhen, die schlecht fressbare Algen verwerten können, wodurch der Vorteil der schlecht fressbaren Algen gegenüber den gut fressbaren reduziert wird und somit die Koexistenz beider Formen steigt.

Nahrungsnetze sind komplex und nichtlinear und enthalten viele ineinander verschachtelte Rückkopplungen wie oben beschrieben. Dadurch sind Vorhersagen, wie sie sich in der Zukunft verhalten werden, schwierig, aber gleichzeitig von großer Bedeutung. Das Schwerpunktprogramm zielt darauf ab den klassischen ökologischen Ansatz, dass alle Individuen einer Population oder alle Arten einer Lebensgemeinschaft, unabhängig von den jeweiligen Umweltbedingungen, konstante Eigenschaften haben, durch einen neuen Ansatz zu ersetzen, der die Variabilität der Merkmale von Organismen und Arten berücksichtigt. Dieser Ansatz basiert auf messbaren funktionalen Merkmalen (z. B. Fressbarkeit, Selektivität von Räubern), die sich in Abhängigkeit von Umweltbedingungen ändern können. Wir streben einen intensiven, sich gegenseitig stimulierenden Austausch zwischen experimentellen Ansätzen, Freilandarbeiten und mathematischen Modellen an, die hauptsächlich mit Plankton und Aufwuchssystemen arbeiten. Diese mikrobiellen Nahrungsnetze bestehen aus mehreren trophischen Ebenen mit interner Kopplung. Da die Organismen klein sind und eine sehr kurze Generationszeit haben, erlauben diese Systeme es funktionale Merkmale zu messen, zu manipulieren und eventuelle trade-offs zwischen verschiedenen Merkmalen abzuschätzen. Außerdem können Populationsdynamiken über mehrere Generationen hinweg verfolgt und dadurch Effekte von öko-evolutionären Kopplungen quantifiziert werden. Wir wollen besser verstehen, wie sich Biodiversität auf die Form von Dynamiken (z. B. stabil oder zyklisch) und Reaktion auf Umweltänderungen auswirkt.

Insbesondere wollen wir quantitativ beurteilen, wie i) sich die Anpassungsfähigkeit an veränderte biotische und abiotische Bedingungen mit erhöhter phänotypischer, genetischer oder Arten-Vielfalt in mikrobiellen Nahrungsnetzen erhöht, ii) wie sich die Anpassungsfähigkeit auf die Form der Dynamiken von z. B. Produzenten und Konsumenten und deren Reaktion auf Umweltänderungen auswirkt und iii) wie sich veränderte Dynamiken dann auf den Erhalt von Biodiversität und damit auf das Potenzial auf zukünftige Störungen zu reagieren auswirken. Eine Überprüfung bereits etablierter theoretischer Konzepte ist damit unumgänglich, was uns jedoch die Möglichkeit geben wird Biodiversität erhaltende Mechanismen zu identifizieren, diese zu testen und in Modelle zu integrieren, um deren Gültigkeit und damit Vorhersagekraft zu verbessern.

Presseecho

DFG website "KlimaTaucher – Wissen aus der Meeresforschung” (www.dfg.de/klimataucher)

Wissenschaftsjahr 2016/17 — Meere und Ozeane