Der Einfluss individueller Variation, adaptiven Verhaltens und kleinräumiger Bewegungsprozesse auf die Dynamik kompetitiver Metacommunities

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Jeltsch
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 580188683

Das Verständnis der Mechanismen, die das Fortbestehen und die Interaktionen von Arten in dynamischen und fragmentierten Landschaften bestimmen, ist eine der zentralen Herausforderungen der Ökologie. Aktuelle Fortschritte in der Metacommunity-Theorie haben wesentliche Zusammenhänge zwischen lokalen Interaktionen und großräumigen Biodiversitätsmustern verdeutlicht. Bestehende Modelle vereinfachen jedoch häufig Prozesse der expliziten Ausbreitung und des individuellen Verhaltens und berücksichtigen intra- und interindividuelle Unterschiede, beispielsweise in Energiereserven, Bewegungsfähigkeiten oder Verhaltensstrategien, nur unzureichend. Dadurch wird das Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen der Metacommunity-Dynamik eingeschränkt. Das beantragte Projekt adressiert diese Forschungslücke durch die Integration von Konzepten der Bewegungsökologie, individueller Energetik und adaptiver Verhaltensweisen in die Metacommunity-Modellierung. Aufbauend auf bestehenden, vereinfachten Modellansätzen werden wir räumlich explizite, individuen-basierte Modelle entwickeln, um zu untersuchen, wie Variabilität in Merkmalen, inneren Zuständen und Verhalten die Biodiversität in fragmentierten Landschaften und unter Klimawandelbedingungen beeinflusst. Ein besonderer Fokus liegt auf der detaillierten Abbildung des Ausbreitungsprozesses, der prospektives Verhalten, Bewegung durch heterogene und potenziell feindliche Landschaftsmatrix sowie Ansiedlung in neuen Habitaten umfasst. Durch die explizite Modellierung individueller Energiebudgets werden dabei physiologische Zustände mechanistisch mit Bewegungs- und Verhaltensentscheidungen verknüpft. Das Projekt wird von drei zentralen Forschungsfragen geleitet: (1) Wie beeinflusst zustandsabhängige Ausbreitung – basierend auf internen Faktoren wie Energiereserven oder Reproduktionserfolg – Biodiversitätsmuster und Diversitäts–Dispersions-Beziehungen in kompetitiven Metacommunities? (2) Wie wirkt die Kovariation zwischen Verhaltensmerkmalen (z. B. Ausbreitungsneigung, Boldness) sowie deren Erblichkeit auf die langfristige Struktur und Stabilität von Metacommunities? (3) Wie modifizieren feinräumige Bewegungsprozesse und adaptive Verhaltensweisen die Reaktionen von Metacommunities auf Habitatverlust, Fragmentierung und Klimawandel? Aufgrund ihrer erheblichen rechnerischen Komplexität werden die individuenbasierten Modelle mit Methoden des maschinellen Lernens kombiniert. Neuronale Netze dienen als Surrogatmodelle, um Simulationsergebnisse effizient zu approximieren und systematische Analysen über große räumliche und zeitliche Skalen zu ermöglichen. Durch die Verknüpfung individueller Physiologie, Verhalten und energetischer Prozesse mit großräumigen Biodiversitätsmustern wird das Projekt einen innovativen Beitrag zur Weiterentwicklung der Metacommunity-Theorie leisten und die Vorhersagefähigkeit ökologischer Modelle unter Umweltveränderungen substanziell verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen