ProteaChange – Analyse und Vorhersage der Dynamik von Pflanzengemeinschaften und Pflanze-Tier-Netzwerken im südafrikanischen Fynbos-Biom

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Matthias Schleuning; Professor Dr. Frank Schurr
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 186230034

Ein vertieftes Verständnis der Dynamik von Pflanzengemeinschaften und Interaktionsnetzwerken zwischen Pflanzen und Tieren erfordert die Integration von prozessbasierten Modellen mit Daten zu Gemeinschaftsstruktur, Interaktionen und funktionellen Merkmalen. Diese Modell-Daten-Integration ist auch für die Vorhersage von Gemeinschafts- und Netzwerkdynamik unter Szenarien des globalen Umweltwandels entscheidend. Solche Vorhersagen sind besonders wichtig für globale Biodiversitätshotspots, die drastische Umweltveränderungen erfahren. Dazu gehört das südafrikanische Fynbos-Biom. In feuergetriebenen Protea-Strauchgemeinschaften, die dieses Biom charakterisieren, haben zwei Vorgängerprojekte Mehrarten-Experimente, umfangreiche Beobachtungsdaten sowie merkmalsbasierte Modelle kombiniert, um zu untersuchen, welche Mechanismen Lebenszyklusstrategien von Pflanzen, Pflanze-Pflanze- und Pflanze-Tier-Interaktionen bestimmen. Dies ermöglichte ein quantitatives Verständnis der Prozesse, welche die Struktur von Pflanzengemeinschaften und Interaktionsnetzwerken innerhalb der Lebensdauer von Pflanzen verändern. ProteaChange baut auf diesen Erkenntnissen und Daten auf, um die Dynamik von Pflanzengemeinschaften und Interaktionsnetzwerken über mehrere Pflanzengenerationen und Feuerereignisse hinweg zu untersuchen. Dabei gehen wir in drei Schritten vor. Im ersten Schritt nutzen wir die Tatsache, dass in 14 der untersuchten Gemeinschaften nach Feuer die nächste Generation von Pflanzen aufgewachsen ist. Durch Analyse von Drohnen-Aufnahmen mit Methoden der künstlichen Intelligenz erstellen wir individuenbasierte Karten dieser Gemeinschaften. Diese Karten werden mit entsprechenden Karten der vorherigen Generation und mit Detailwissen über den Regenerationsprozess integriert, um zu analysieren, welche Prozesse die Gemeinschaftsstruktur von einer Generation zur nächsten verändern. Im zweiten Schritt integrieren wir die vorhandenen umfangreiche Datensätze mit einem prozessbasierten Modell für die Dynamik von Pflanzengemeinschaften. Dieses Modell wird mit unabhängigen großskaligen Daten validiert und dient sowohl für eine umfassende Analyse von Mechanismen der Artkoexistenz als auch für probabilistische Vorhersagen der Reaktion von Gemeinschaften auf Veränderungen von Klima und Feuerfrequenz. Im dritten Schritt erfassen wir Veränderungen der mutualistischen and antagonistischen Pflanze-Tier-Interaktionen in den abgebrannten Gemeinschaften, um daraus ein merkmalsbasiertes Modell für die Dynamik von Pflanze-Tier-Netzwerken zu entwickeln. Dieses Modell wird mit dem Modell für Pflanzengemeinschaften kombiniert, um mittelfristige Reaktionen dieser Netzwerke auf den Klimawandel vorherzusagen. Insgesamt analysiert ProteaChange grundlegende Mechanismen der Artkoexistenz und Dynamik von Interaktionsnetzwerken in einem Biodiversitätshotspot und entwickelt neuartige Vorhersagemethoden, um dringliche Fragen zur Reaktion von Biodiversität auf den globalen Umweltwandel zu beantworten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südafrika
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Karen Esler; Professor Dr. Anton Pauw; Professor Francois Roets, Ph.D.; Dr. Jasper Slingsby; Dr. Martina Treurnicht