Forschungsschwerpunkte
Struktur, Stabilität und Funktion von Nahrungsnetzen
Nahrungsnetze sind äußerst komplexe Gebilde, die beschreiben, wie die Arten eines Ökosystems über Räuber-Beute-Beziehungen miteinandern interagieren. Wir führen mathematische Analysen natürlicher Nahrungsnetze sowie numerische Simulationen von computergenerierten Modell-Nahrungsnetzen durch. Ziel ist es unter anderem, zu verstehen, wie natürliche Nahrungsnetze trotz beträchtlicher Schwankungen in den Umweltbedingungen und den Populationsgrößen ihre Stabilität erhalten, sowie diejenigen Arten zu identifizieren, die einen besonders großen Effekt auf andere Arten haben, wenn sie gestört werden. Darüber hinaus untersuchen wir, wie evolutionäre Anpassungen von Räuber- und Beutearten ihr eigenes Überleben und das von Interaktionspartnern beeinflussen.
Selbstorganisierte Musterbildung in Meta-Gemeinschaften
Metagemeinschaften sind Gruppen lokaler ökologischer Gemeinschaften, die durch die Ausbreitung von interagierenden Arten miteinander verbunden sind. Indem sie Dynamiken auf mehreren räumlichen Skalen berücksichtigen sind sie von zentraler Bedeutung für unser Verständnis von Faktoren, die die Biodiversität und die Funktionsweise von Ökosystemen bestimmen. Innerhalb lokaler Gemeinschaften interagieren Populationen verschiedener Arten, weil sie um gemeinsame Ressourcen konkurrieren oder weil sie in einer Räuber-Beute-Beziehung stehen, während Populationen derselben Art in verschiedenen Habitaten durch den Austausch von Individuen interagieren.
Ein wichtiger Faktor für die Biodiversität in Metagemeinschaften ist die Heterogenität der Habitate. Unterschiedliche abiotische oder biotische Umweltbedingungen in verschiedenen Habitaten schaffen Nischen für viele unterschiedliche Arten, was die Diversität auf regionaler Ebene erhöht und durch sog. source-sink-Dynamiken auch auf der Ebene lokaler Gemeinschaften. Diese Habitat-Heterogenität kann durch externe Faktoren entstehen (z. B. unterschiedliche Bodenqualität oder Ressourcenverfügbarkeit). Durch das Zusammenspiel dynamischer Prozesse auf lokaler und regionaler Ebene kann Habitat-Heterogenität jedoch auch in einem Prozess entstehen, der als selbstorganisierte Musterbildung bezeichnet wird. In räumlich diskreten Systemen wie Metagemeinschaften, a priori in getrennte Teilflächen gegliedert sind, zeigen sich die Muster in Form von Abundanzunterschieden der Arten zwischen den Teilflächen.
Flexibilität ist wichtig: Zusammenspiel von funktioneller Diversität und ökologischer Dynamik in Planktongesellschaften
Wenn Populationen und Lebensgemeinschaften eine hinreichende Diversität in ihren funktionellen Eigenschaften aufweisen, können sie sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Dieses Anpassungsvermögen beeinflusst die Schwankungen in ihren Biomassen, die sich wiederum auf den Erhalt der Diversität auswirken. Wir untersuchen diese auch für die praktische Anwendung wichtigen Rückkopplungsmechanismen in Räuber-Beute Systemen und Nahrungsnetzen mit mathematischen Modellen, Chemostatexperimenten und Analysen von Langzeitmessungen.
