Biodiversitätsforschung, quo vadis? - Pfade und Verbindungen in neuen Datenlandschaften.

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1 Symposium: Biodiversitätsforschung Quo vadis? Biodiversitätsforschung, quo vadis? - Pfade und Verbindungen in neuen Datenlandschaften. Florian Wetzel, Anke Hoffmann, Katrin Vohland, Christoph Häuser Museum für Naturkunde Berlin - Leibniz Institute for Evolution and Biodiversity Science Invalidenstrasse 43, Berlin Picture: MfN, Florian Wetzel

2 Biodiversitätsforschung Stand und Zukunft

3 Biodiversitätsforschung aktuelle Fragen Politische Relevanz: Berichtspflichten für internationale Prozesse Umgang mit schwindenden finanziellen Ressourcen / Forschungskapazität Tittensor et al. (2014) Science 346, Plant Press, Vol. 17, No. 4, October 2014 Bild: MfN

4 Biodiversitätsdaten neue Herausforderungen Umfassende Aussagen zum Zustand und der Entwicklung von Biodiversität + Einfluss des anthropogenen Einflusses General ecosystem models (GEMs) z.b. Auswirkungen auf Tierarten und deren Verbreitungsgebiete Ching Chen (2011) Science 333, Purves et al. (2013) Nature 493,

5 Real-time Ecology Real-time Ecology: Überwachung von Migrationskorridoren Frühwarnsysteme Modellierung physikalischer, chemischer & biologischer Prozesse Erfassung naturschutzrelevanter Prozesse Ursus arctos, Slovenien (Petra Kaczensky) Bild: Alexander Wetzel

6 Gefährdungszustand von Arten Fundierte Daten- und Wissensbasis grundlegend für Umsetzungs- und Wirksamkeitskontrolle von politischen Prozessen. Bourguignon, Didier: Safeguarding biological diversity

7 Politik und Biodiversitätsdaten Bern Convention Birds Directive Water Framework Directive Wildlife Trade Regulations Habitats Directive Regan et al (UNEP-WCMC)

8 Big Data durch Monitoring der biologischen Vielfalt Forschungsschiff Valdivia 1898 Bild: MfN Verfügbarkeit von Daten (Demokratisierung)

9 Ansätze Erfassung und Monitoring Monitoring der Biodiversität in Europa: Projekt EuMon listet 643 unterschiedliche Monitoringprogramme (MP) in Europa Schätzung: etwa 2000 existierende MP Hoher Anteil an Citizen Scientists Geringe Kenntnisse von GEOSS, GEO BON, EU BON, GBIF, Reporting: nationale Behörden / unmittelbare wissensch. Community Beispiel Fernerkundung in Europa: Große, unprozessierte Datenmengen Probleme: Hohe Kosten für Fernerkundungsprodukte Notwendigkeit der weiteren Datenverarbeitung/- und Prozessierung Begrenzte räumliche Verfügbarkeit EuMon 395 MPs s for species ~ jährliche Kosten von 4 million ( < 46,000 Personen investieren über 148,000 Personentage/Jahr, Schmeller et al. 2009).

10 Biodiversitätsdaten Limitierungen und Lücken

11 Herausforderungen: Verbesserung der Datengrundlage 1. Datenlücken: Räumliche, zeitliche und taxonomische Lücken 2. Beteiligte Personen standardisierte Datenerhebung und hohe Qualität nötig, EBV-Framework, Citizen Science 3. Big Data: Verarbeitungs- und Analysemöglichkeiten, insbesondere für Fernerkundungsdaten 4. Schnittstelle zwischen Wissenschaft & Politik Visualisierung der (Sekundär)-Daten, Wissensvermittlung Rocchini 2013, Journal of Vegetation Science, 24 Clery 2014, Science, 343

12 Existierende Datenlücken - Aichi targets Einige Targets sind nur durch wenige Indikatoren (z.b. Ecosystem Services) oder unzureichende Indikatoren gestützt Aichi target 14: Ecosystems and essential services (pollinators birds /mammals) Aichi target 15: Ecosystem resilience and the contribution of biodiversity to carbon stocks: none Aichi target 4: Governments, business and stakeholders at all levels [ ] have kept the impacts of use of natural resources well within safe ecological limits. Indikatoren stützen sich auf eine unzureichende Datengrundlage Trends nach 1970 (Butchart et al. 2010). Wasservogelpopulationen (Tittensor et al. 2014) geringe Stichprobengrößen (CBD 2014). Oft existieren große räumliche, zeitliche und taxonomische Lücken.

13 Lücken und Begrenzungen von Biodiversitätsdaten Helle Punkte: vorhandene Biodiversitätsdaten

14 Beispiel: Gap Analysis GC= Genetic composition SP= Species populations ST= Species traits CC= Community composition EF= Ecosystem function ES= Ecosystem structure Nur 33% der Datenprovider stellen die Daten frei zugänglich zur Verfügung

15 Taxonomische Lücken Biodiversität und Fokus auf bestimmte Arten - Gut untersuchte und beobachtete taxonomische Gruppen - Schlüssel-Arten für den Naturschutz Bild: Florian Wetzel Bild: Florian Wetzel

16 Taxonomische Lücken IUCN figure from: Bourguignon, Didier: Safeguarding biological diversity

17 Biodiversitätsdaten Strukturen und Konzepte

18 Rahmenbedingungen für Biodiversitätsdaten und deren Nutzung im Informationszeitalter Hobern et al. 2013: Global Biodiversity Informatics Outlook

19 Erfassung von Daten EBVs 1.How is biodiversity change? 2.Why is biodiversity changing? 3.What are the consequences for human well-being? 4.Are responses being taken effective? 5.What is the future risk of harmful biodiversity change?

20 Erfassung von Daten EBVs Genetische Zusammensetzung gen. Diversität und Abgrenzung von Populationen, Diversität und Variabilität Artbestände Verbreitung der Arten, Populationsdichte, Struktur nach Alter/Größe Merkmale von Arten Körpergewicht, Ausbreitung, Migrationsverhalten, demographische Merkmale, physiologische Merkmale Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft taxonomische Diversität, Interaktionen der Arten Funktionen des Ökosystems Netto-Primärproduktion Struktur des Ökosystems Struktur des Habitats, Fragmentierung des Ökosystems, Ökosystem aus unterschiedlichen Funktionstypen Zusammensetzung des

21 Verfügbare Datenquellen und EBVs Beobachtungsdaten Umweltdaten I.R. Geijzendorffer, E.C. Regan, H. M. Pereira, L. Brotons, N. Brummitt, Y. Gavish, P. Haase, C.S. Martin, J.-B. Mihoub, C. Secades, D.S. Schmeller, S. Stoll, F. T. Wetzel, M. Walters (2015): Bridging the gap between biodiversity data and policy reporting needs: An Essential Biodiversity Variables perspective ; Journal of Applied Ecology, 2015

22 Die EU Projektlandschaft - langfristiger Zugang zu Daten H2020 Projekte: 2399 Projekte gelistet in Cordis (05/2015) FP7 Environment: 499 Projekte FP7 Earth Observation: ca. 50 Projekte, EU Beteiligung ~ 200 Millionen FP5-7 Programme: 156 Projekte des Bereichs Earth Observation / Biodiversity sind für EU BON relevant: FP 5-7 Projects Data? - Biodiversity: 83 Projekte, - Earth Observation: 39 Projekte.

23 Lösungen

24 EU BON - European Biodiversity Observation Network (1) Ein wissenschaftbasiertes soziales Netzwerk, bestehend aus Netzwerken, die Biodiversitätsdaten sammeln, bereitstellen und analysieren (2) ein technologisches Netzwerk aus vernetzten IT-Infrastrukturen und Organisationen, die Daten speichern und nutzerfreundliche Plattformen für Datenanalysen und interpretationen bieten. Ressourceneffizienz: basierend auf existierenden Infrastrukturen

25 EU BON Workflow und Organisation

26 Datenintegration Vielfalt an (Meta)datenbanken und Datenportalen Wissenschaftliche Publikationen Fernerkundung Datenportale (Beobachtung, Monitoring, Sammlung) Datensätze Socioeconomic data Bioclim (Bioclimatic Variables) ASTER Global Emissivity Database Taxonomie Offizielle Daten von Regierungen /EU

27 EU Projekte und Bereitstellung von Biodiversitätsdaten Pan-European species-directories infrastructure European Distributed Institute of Taxonomy European Pollinators Biodiversity Virtual e-laboratory conservation of biodiversity across administrative levels kein zentrales repository Biodiversity of freshwater ecosystems EU-wide monitoring methods

28 Beurteilung (frühere) EU Projekte und deren Bereitstellung von Biodiversitätsdaten European Open Biodiversity Knowledge Management System biological collection access service Maintaining migratory coastal bird diversity Modelling Ecosystem changes Conservation of soil organism diversity European Seas Observatory Network stress by global change components Protocols for assessment and conservation of aquatic life Biodiversity impact assessment Alien Invasive Species Inventories assessing and forecasting biodiversity and Key Pollutants on Marine and Freshwater ecosystem changes Ecosystems Biodiversity Indicators in European Soils Biodiversity Heritage Library network of excellence for Ocean ecosystems analysis

29 Datenportale Zu breiter Fokus und komplexe Navigation durch das Portal Nicht angepasst an unterschiedliche Nutzerbedürfnisse: Wissenschaftler, Bürgerwissenschaftler, Politik Geringe Bekanntheit Begrenzte Datenverfügbarkeit Oft nur aggregierte Daten

30 Sammlungsdaten Digitalisierung 3-D Virtualisierung Daten-Mobilisierung durch EU BON Beobachtungsdaten Feldstudien, Monitoringprogramme Citizen Science- Ansätze genetische Daten Umweltdaten Daten von Test Sites (z.b. LTER Network, EU BON Test sites) Vorhandene Literatur Data Mining, textbasierte Daten, sematic-tools

31 Artsobservasjoner - und Citizen Science größte Erfassung und Mobilisierung des Artenreichtums in Norwegen durch CS Ungefähr beteiligte Personen 11,6 Mio. Beobachtungen in 6 ½ Jahren, > Arten Millions Anzahl der Beobachtungen zum 1. Januar ab dem Jahr 2008 bis zum heutigen Datum Nils Valland 2015

32 Lücken schließen Onlinezugang zu Daten GBIF Daten: sample-based data (GBIF-EU BON, Ó Tuama et al. ): - Basierend auf existierenden weitgehend genutzten Standards: Darwin Core - IPT 1.eventID 2.parentEventID 3.samplingProtocol 4.sampleSize 5.sampleSizeUnit 6.organismQuantity 7.organismQuantityType für EBV Species populations

33 Publikationen Daten-Publikationen von Fauna Europeae Biodiversity Data Journal Motiviert Experten zur Veröffentlichung relevanter Daten Neue Wege um Netzwerke zu aktivieren Anerkennung durch Publikationen Gibson et al de Jong et al. 2014

34 Innovativer Ansatz: EU BON Biodiversitätsportal Geospatial representation NeFo-Symposium: Biodiversitätsforschung and filtering: Quo CartoDB vadis? + other repositories and data providers

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!