Biodiversitätsforschung an der Schnittstelle von Meer und Land – das Ende der „Splendid Isolation“ Helmut Hillebrand Institut für Chemie und Biologie des Meeres Carl-von-Ossietzky Universität Oldenburg Carta Marina Olaus Magnus Library of Uppsala Univ. Biodiversitätsforschung… … entwickelte sich von der Beschreibung der Vielfalt Biodiversitätsforschung… Globaler anthropogener Wandel Organismische Biologie Biodiversität Energie- & Materiefluss Biogeochemie Ökosystemfunktionen Produktivität, CO2-Aufnahme, Elementkreisläufe Ökosystem-Services Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung … entwickelte sich von der Beschreibung der Vielfalt hin zur funktionellen Rolle der Diversität Biodiversitätsforschung an Land Globaler anthropogener Wandel Organismische Biologie Biodiversität Energie- & Materiefluss Ökosystemfunktionen Produktivität, CO2-Aufnahme, Elementkreisläufe Ökosystem-Services Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung Biogeochemie Biodiversitätsforschung im Meer Globaler anthropogener Wandel Organismische Biologie Biodiversität Energie- & Materiefluss Ökosystemfunktionen Produktivität, CO2-Aufnahme, Elementkreisläufe Ökosystem-Services Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung Biogeochemie Biodiversitätsforschung Küste Globaler anthropogener Wandel Organismische Biologie Biodiversität Energie- & Materiefluss Ökosystemfunktionen Produktivität, CO2-Aufnahme, Elementkreisläufe Ökosystem-Services Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung Biogeochemie Biodiversitätsforschung Küste Biodiversität der Küsten ist besonders stark von anthropogenem Druck beeinflusst. Menschliche Bevölkerung (Millionen) Bevölkerungsentwicklung in 12 Küstenökosystemen der Welt Lotze et al. 2006, Science Wattenmeer Ostsee (Adria, Pamilco, Delaware, San Francisco, Chesapeake, Galveston, Moreton, Massachusetts, St. Lawrence, Bay of Fundy Zeit (BP) Kulturperiode Lotze et al. 2006 Science Biodiversitätsforschung Küste Anthropogene Veränderungen Sedimentlast Nährstoffeintrag Bioinvasion Habitatveränderung Nutzung Marine Säuger Vegetation Marine Fische Lotze et al. 2006, Science Wanderfische Seegras Grundfische Aquat. pel. Makrophyten Grosse F. Marschen Kleine pel. F. Kulturperiode Wattenmeer Ostsee (Adria, Pamilco, Delaware, San Wattenmeer Ostsee Francisco, Chesapeake, (Adria, Pamilco, Delaware, San Galveston, Moreton, Francisco, Chesapeake, Galveston, Massachusetts, St. Lawrence, Moreton, Massachusetts, St. Bay of Fundy Lawrence, Bay of Fundy Menschliche Bevölkerung (Millionen) Wale Kleinwale Robben Seekühe Kulturperiode Menschliche Bevölkerung (Millionen) Relative Häufigkeit (Ursprung = 100) Biodiversität der Küsten ist besonders stark von anthropogenem Druck beeinflusst. Lotze et al. 2006 Science Isolation Forschung findet vor allem innerhalb von Systemgrenzen statt. Konzeptionelle oder empirische Fortschritte aus anderen Systemen werden wenig bis gar nicht beachtet. Menge et al 2009 FREE Isolation Forschung findet vor allem innerhalb von Systemgrenzen statt. Konzeptionelle oder empirische Fortschritte aus anderen Systemen werden wenig bis gar nicht beachtet. Biodiversitätsverbünde in Deutschland 2009 (AK Biodiversität Allianz der Forschungsförderer) Integration Marine und terrestrische Biodiversitätsänderung unterliegt ähnlichen Treibern Mace et al. 2005 Millenium Ecosystem Assessment Integration Marine und terrestrische Biodiversitätsänderung unterliegt ähnlichen Treibern Beispiel Eutrophierung high Standardized Species Richness 4 NO3‐ [µM] low 3 2 1 0 -1 -2 -3 0 20 40 60 80 100 120 140 -1 Cumulative Nitrogen Deposition (moles ha x 1000) Helgoland Phytoplankton NW‐Europa Graslandschaften Wiltshire et al. 2010 Estuaries and Coast, Dupre et al. 2010 Global Change Biology Integration Marine und terrestrische Biodiversität erbringen ähnliche Ökosystemfunktionen NOAA Integration durch Synthese Meta‐analyse von >200 Experimenten zur Rolle von Räubern in terrestrischen, limnischen und marinen Ökosystemen Effekt auf RRB Beutebiomasse Effekt auf RRS Beutediversität 2 Effekt auf Beutebiomasse A) 1 0 -0.5 Forschungsergebnisse ‐50% -3 -2 -1 -1.0 gegenwärtig unter ‐75% wissenschaftlicher Begutachtung -1.5 -2.0 RRx ±95% CI 0.0 Unveröffentlichte 0 n=108 n=44 F M n=93 n=245 T All n=52 n=56 F M n=58 n=166 T All 0 5 10 15 20 25 Beutediversität Katano, Doi, Eriksson, Hillebrand, submitted Integration durch Theorie Biodiversitätsmodell zur Erklärung der funktionellen Rolle von Primärproduzenten in Ökosystemen Diversitätseffekt durch Komplementarität durch Selektion b) Complementarity effect c) Net diversity effect Selection effect 25 25 9 9 9 20 20 Unveröffentlichte 7 R* Bandbreite der „Traits“ a) 7 10 5 7 15 10 5 10 gegenwärtig unter 5 5 1 5 1 wissenschaftlicher Begutachtung 10 15 20 25 30 35 39 S 0 10 15 20 25 30 35 39 S 20 15 Forschungsergebnisse 5 1 15 25 0 10 15 20 25 30 35 39 S 0 Bandbreite der Umweltbedingungen Hodapp et al. submitted Integration durch gemeinsame Projekte BEFmate Baltic Coastal System Analysis and Status Evaluation Integration durch gemeinsame Projekte BEFmate Prof. Dr. Helmut Hillebrand, Carl‐von‐Ossietzky Universität Oldenburg Prof. Dr. Ulrich Brose, Georg‐ August Universität Göttingen Integration durch gemeinsame Projekte BEFmate adressiert zentrale Herausforderungen der aktuellen Biodiversitätsforschung: Verständnis des Zusammenhangs zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktion über marine und terrestrische Ökosystemgrenzen • Analyse der funktionellen Konsequenzen von Biodiversitätsänderung entlang aller Größenklassen des Lebens • Verbindung ökologischer und evolutionsbiologischer Aspekte der Biodiversität • Synthese der Biodiversitätsforschung mit anderen ökologischen Theorien (ökol. Stöchiometrie, Metabolische Theorie, Nahrungsnetztheorie) • Aufdecken der relativen Bedeutung von neutralen und nischen‐basierten Mechanismen der Biodiversitätsregulation • BEFmate – zentrales Experiment BEFmate – zentrales Experiment Besiedlung (Assembly) Störungen (tidal) Biodiversitätsdynamik Extremereignisse (Stürme) Ökosystemprozesse Extinktion (Disassembly) Zeit BEFmate – zentrales Experiment Aufbau der experimentellen Inseln vor Spiekeroog Fotos: Thorsten Balke BEFmate – zentrales Experiment 6 Inseln mit Bewuchs 6 Inseln ohne Bewuchs Kontrollflächen im Sandwatt und auf der Salzwiese Fotos: Thorsten Balke BEFmate – zentrales Experiment Oberirdische Insekten Herbivorie Vögel Umfassende Beprobung Oberirdische Vegetation Primärproduktion Pflanzennährstoffe Wasseraufnahme Unterirdische Vegetation Bodenfauna Sauerstoff Überflutung Salinität Temperatur Licht Bakterien Mikroalgen Protozoa Makrozoobenthos Primärproduktion Fraß Bodennährstoffe Fotos: Thorsten Balke Herausforderungen Interdisziplinäre Bezüge in der küstennahen Biodiversitätsforschung Rolle der marinen UND terrestrischen Biodiversitätsforschung in z.B. IPBES Glaser et al. 2012, Current Opinion in Environmental Sustainability Schlußfolgerungen Die Ausrichtung der Biodiversitätsforschung im Küstenbereich basiert auf der Weiterentwicklung folgender Felder Verbindung von biologisch‐ökologischer mit physikalisch‐ geochemischer Forschung in den Küsten‐ und Schelfmeeren zur funktionellen Rolle der Biodiversität. Integration terrestrischer und mariner Biodiversitätsforschung im Küstenbereich durch gemeinsame Projekte Langfristiges Monitoring von Biodiversitätsveränderungen Semi‐automatisierung der Biodiversitätserfassung
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