Allometrische Modelle von räumlichen Meta-Gemeinschafts Nahrungsnetzen

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Brose; Dr. Björn C. Rall
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 199908418

In dem geplanten Projekt soll das Zusammenspiel zwischen komplexen räumlichen und trophischen Netzwerken untersucht werden. Dabei werden die trophischen Netzwerke in lokalen Habitaten durch die Verlinkung der Arten mit ihren trophischen Interaktionen gebildet. Räumliche Netzwerke bestehen aus lokalen Habitaten als Knotenpunkte in einer kontinuierlichen Landschaft. Diese Knoten werden durch das Dispersal der Arten zwischen den lokalen Habitaten verbunden. Die Abundanz und das Überleben der Arten hängt von ihren Nahrungsinteraktionen innerhalb der lokalen Habitate ab und von der Ausbreitung zwischen den Habitaten. Auf der einen Seite hat die Struktur des räumlichen Netzwerkes Einfluss auf die Dichten der Arten in den lokalen Habitaten und damit letztendlich auch auf die Struktur der trophischen Netzwerke. Auf der anderen Seite bestimmt die Struktur der trophischen Netzwerke die Dichten und das lokale Überleben der Arten und damit auch die Dispersalraten und das entstehende räumliche Netzwerk.Das vorgeschlagene Projekt gliedert sich in drei Haupt-Arbeitspakete: (1) empirische Muster in natürlichen Ökosystemen, (2) Effekte der räumlichen Netzwerkstruktur auf die trophischen Netzwerke und (3) Effekte der trophischen Struktur auf die räumlichen Netzwerke. Die empirischen Analysen untersuchen (1) die Zusammenhänge zwischen Körpermassen und Dispersaldistanzen (quantitative Beschreibung des Zusammenhangs, dass große Arten weitere Distanzen überwinden können), (2) die Struktur von räumlichen Netzwerken in realen Landschaften (Analyse von Satellitenbildern zur Verteilung von Habitaten in der Landschaft) und (3) die Veränderung von komplexen trophischen Netzwerken auf räumlichen Gradienten. Diese empirischen Zusammenhänge werden in den theoretischen Teilen des geplanten Projektes genutzt und auch für die anderen Teilprojekte der Forschergruppe zur Verfügung gestellt. Die Modellanalysen des geplanten Projektes basieren auf ordinären Differentialgleichungen (ODE) zur Beschreibung von intra-Habitat (z.B. Biomassenproduktion und trophische Interaktionen) und inter-Habitat Prozessen (Dispersal). Integration der ODEs erzeugt Zeitserien der Biomassendichten, die bezüglich der Persistenz (Prozent der überlebenden Arten), Populationsstabilität (Varianzkoeffizient der Biomassendichten) und der lokalen (in Habitaten) und globalen (in der Gesamtlandschaft) trophischen Netzwerkstruktur untersucht werden. Es werden zwei Hauptfragen untersucht: (1) Wie beeinflusst die Struktur des räumlichen Netzwerkes und die Heterogenität der Habitate (z.B. die Verlinkung zu anderen Habitaten und abiotische Variablen) die Persistenz Stabilität und die Struktur der trophischen Netzwerke?; (2) Wie beeinflussen die trophischen Interaktionen sowohl zwischen Arten als auch zwischen Arten und der abiotischen Umwelt das entstehende räumliche Netzwerk und die räumliche Variabilität des trophischen Netzwerkes?

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1748: Netzwerke auf Netzwerken: Zusammenspiel von Struktur und Dynamik in ausgedehnten ökologischen Netzwerken