Vorhersage der Stabilität von Lebensgemeinschaften aus dem Beitrag einzelner Arten zu Resistenz, Resilienz und Erholung

• Antragsteller: Professor Dr. Helmut Hillebrand
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450803873

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Menschliche Aktivitäten verändern die Biosphäre der Erde in noch nie dagewesener Weise und führen zu massiven Umstrukturierungen von Arten innerhalb lokaler Gemeinschaften. Mit dem fortschreitenden Klimawandel werden Häufigkeit und Intensität solcher Störungen zunehmen, was eine Herausforderung für Ökosysteme weltweit darstellt. Um die Folgen von Umweltveränderungen vorhersagen zu können, ist es wichtig, die ökologische Stabilität und ihre Beziehung zur biologischen Vielfalt zu verstehen. Ökologische Stabilität ist ein mehrdimensionales Konzept, das darauf abzielt, die Fähigkeit eines Ökosystems zu erfassen, Umweltveränderungen standzuhalten und sich davon zu erholen. Die Stabilität ökologischer Gemeinschaften hängt von den vielfältigen Reaktionen der sie bildenden Arten ab. Es bleibt jedoch unklar, wie einzelne Arten die Gesamtstabilität ihrer Gemeinschaften angesichts von Störungen beeinflussen. Die Beiträge der Arten zur Stabilität zu verstehen, war daher das Hauptziel dieses Projekts. Zunächst entwickelten wir ein Konzept für die Aufteilung der Beiträge der Arten zur Stabilität auf der Grundlage ihrer absoluten Veränderung der Biomasse und ihrer relativen Veränderung nach einer Störung. Anhand von Modellsimulationen artenreicher Gemeinschaften und empirischen Daten aus einem Experiment mit mehreren Standorten zeigten wir, dass die Beiträge der Arten zur Stabilität stark kontextabhängig sind und nicht nur mit der Art der Störung, sondern auch zeitlich und räumlich variieren. Simulationen artenreicher Gemeinschaften und die Kombination mit den Ergebnissen aus einer Meta-Analyse von Puls- Störungen zeigte dann, dass die Stabilität der Gemeinschaft durch die durchschnittliche Reaktion der Arten und nicht durch die Reaktionsvielfalt bestimmt wird. Nur bei den Modellsimulationen erhöht die Reaktionsvielfalt die Stabilität der Gemeinschaft. Dies ist jedoch auf schwache interspezifische Interaktionsstärken beschränkt. Darüber hinaus haben wir einen Ansatz zur Quantifizierung des Nettoeffekts der biologischen Vielfalt auf die Stabilität entwickelt und seine Anwendung in einem Phytoplankton-Mikrokosmos-Experiment mit unterschiedlichem Artenreichtum und Temperaturstörungsregimen getestet. Der Nettoeffekt der biologischen Vielfalt auf die Stabilität war insgesamt positiv, unterschied sich jedoch je nach Artenreichtum und Temperaturbehandlung, was die nicht lineare Beziehung zwischen Vielfalt und Stabilität verdeutlicht. Zusammenfassend hat dieses Projekt systematische Einblicke in die Mechanismen gewährt, die die Stabilität von Gemeinschaften bestimmen, indem sie das komplizierte Zusammenspiel zwischen den Reaktionen einzelner Arten und den Interaktionen zwischen den Arten in verschiedenen ökologischen Kontexten untersucht und neue Rahmenkonzepte eingeführt hat.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Elemental and biochemical nutrient limitation of zooplankton: A meta‐analysis. Ecology Letters, 25(12), 2776-2792.
  Thomas, Patrick K.; Kunze, Charlotte; Van de Waal, Dedmer B.; Hillebrand, Helmut & Striebel, Maren
  
• Species dominance does not predict species-specific contribution to ecological stability. Oral presentation, SIL conference, Berlin, Germany, 202
  Kunze et al.
  
• Are there thresholds for biodiversity change? Intecol Ecological Conference, Geneva, CH
  Hillebrand et al.
  
• Are there thresholds for biodiversity change? Oikos Ecological Conference, Gothenburg, Sweden
  Hillebrand et al.
  
• Coping with environmental change – how synthesis efforts can foster our understanding of ecological stability. Nelson Mandela University, Gqeberha, South Africa
  Hillebrand et al.
  
• Dominant species are not necessarily the most important contributors to ecological stability. Oral presentation, ASLO conference, Palma de Mallorca, Spain, 2023
  Kunze et al.
  
• Marine primary producers in a darker future: a meta‐analysis of light effects on pelagic and benthic autotrophs. Oikos, 2023(4).
  Striebel, Maren; Kallajoki, Liisa; Kunze, Charlotte; Wollschläger, Jochen; Deininger, Anne & Hillebrand, Helmut
  
• Thresholds and tipping points are tempting but not necessarily suitable concepts to address anthropogenic biodiversity change—an intervention. Marine Biodiversity, 53(3).
  Hillebrand, Helmut; Kuczynski, Lucie; Kunze, Charlotte; Rillo, Marina C. & Dajka, Jan-Claas
  
• 2024: Quantifying the net biodiversity effect on stability. Oral presentation, British Ecological Society Annual meeting, Liverpool, UK
  Kunze et al.
  
• Accounting for effects of growth rate when measuring ecological stability in response to pulse perturbations. Ecology and Evolution, 14(10).
  Mentges, Andrea; Clark, Adam Thomas; Blowes, Shane A.; Kunze, Charlotte; Hillebrand, Helmut & Chase, Jonathan M.
  
• Partitioning species contributions to ecological stability in disturbed communities. Ecological Monographs, 95(1).
  Kunze, Charlotte; Bahlburg, Dominik; Urrutia‐Cordero, Pablo; Striebel, Maren; Kelpsiene, Egle; Langenheder, Silke; Donohue, Ian & Hillebrand, Helmut
  
• Species contributions to ecological stability
  Kunze, C.