Biodiversitätsforschung an der Schnittstelle von Meer und Land das Ende der Splendid Isolation

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1 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

2 Carta Marina Olaus Magnus Library of Uppsala Univ. Biodiversitätsforschung entwickelte sich von der Beschreibung der Vielfalt

3 Biodiversitätsforschung Globaler anthropogener Wandel Biodiversität Organismische Biologie Energie- & Materiefluss Biogeochemie Ökosystemfunktionen Produktivität, CO 2 -Aufnahme, Elementkreisläufe Ökosystem-Services Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung entwickelte sich von der Beschreibung der Vielfalt hin zur funktionellen Rolle der Diversität

4 Biodiversitätsforschung an Land Globaler anthropogener Wandel Biodiversität Organismische Biologie Energie- & Materiefluss Biogeochemie Ökosystemfunktionen Produktivität, CO 2 -Aufnahme, Elementkreisläufe Ökosystem-Services Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung

5 Biodiversitätsforschung im Meer Globaler anthropogener Wandel Biodiversität Organismische Biologie Energie- & Materiefluss Biogeochemie Ökosystemfunktionen Produktivität, CO 2 -Aufnahme, Elementkreisläufe Ökosystem-Services Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung

6 Biodiversitätsforschung Küste Globaler anthropogener Wandel Biodiversität Organismische Biologie Energie- & Materiefluss Biogeochemie Ökosystemfunktionen Produktivität, CO 2 -Aufnahme, Elementkreisläufe Ökosystem-Services Nahrung, Tourismus, Wasserqualität, Klimastabilisierung

7 Biodiversitätsforschung Küste Biodiversität der Küsten ist besonders stark von anthropogenem Druck beeinflusst. Bevölkerungsentwicklung in 12 Küstenökosystemen der Welt Menschliche Bevölkerung (Millionen) Wattenmeer Ostsee (Adria, Pamilco, Delaware, San Francisco, Chesapeake, Galveston, Moreton, Massachusetts, St. Lawrence, Bay of Fundy Lotze et al. 2006, Science Zeit (BP) Kulturperiode Lotze et al Science

8 Biodiversitätsforschung Küste Biodiversität der Küsten ist besonders stark von anthropogenem Druck beeinflusst. Relative Häufigkeit (Ursprung = 100) Marine Säuger Wale Kleinwale Robben Seekühe Vegetation Marine Fische Wanderfische Grundfische Seegras Grosse Aquat. pel. Makrophyten F. Kleine Marschen pel. F. Anthropogene Veränderungen Menschliche Bevölkerung (Millionen) Sedimentlast Nährstoffeintrag Bioinvasion Habitatveränderung Nutzung Wattenmeer Ostsee (Adria, Pamilco, Delaware, San Francisco, Chesapeake, Wattenmeer Ostsee Galveston, Moreton, (Adria, Pamilco, Delaware, San Massachusetts, Francisco, St. Lawrence, Chesapeake, Galveston, Bay of Fundy Moreton, Massachusetts, St. Lawrence, Bay of Fundy Menschliche Bevölkerung (Millionen) Lotze et al. 2006, Science Kulturperiode Kulturperiode Lotze et al Science

9 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

10 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)

11 Integration Marine und terrestrische Biodiversitätsänderung unterliegt ähnlichen Treibern Mace et al Millenium Ecosystem Assessment

12 Integration Marine und terrestrische Biodiversitätsänderung unterliegt ähnlichen Treibern Beispiel Eutrophierung high 4 NO 3 [µm] low Standardized Species Richness Cumulative Nitrogen Deposition (moles ha -1 x 1000) Helgoland Phytoplankton NW Europa Graslandschaften Wiltshire et al Estuaries and Coast, Dupre et al Global Change Biology

13 Integration Marine und terrestrische Biodiversität erbringen ähnliche Ökosystemfunktionen NOAA

14 Integration durch Synthese Meta analyse von >200 Experimenten zur Rolle von Räubern in terrestrischen, limnischen und marinen Ökosystemen RRx ±95% CI Effekt auf Effekt auf Beutebiomasse RR B Beutediversität RR S n=108 n=44 n=93 n=245 n=52 n=56 n=58 n=166 F M T All F M T All Unveröffentlichte 0 50% Effekt auf Beutebiomasse wissenschaftlicher 75% Begutachtung A) Forschungsergebnisse gegenwärtig unter Beutediversität Katano, Doi, Eriksson, Hillebrand, submitted

15 Integration durch Theorie Biodiversitätsmodell zur Erklärung der funktionellen Rolle von Primärproduzenten in Ökosystemen Bandbreite der Traits a) Diversitätseffekt Net diversity effect b) Complementarity durch Komplementarität effect c) durch Selection Selektion effect R* Unveröffentlichte S S S Forschungsergebnisse 10 gegenwärtig unter wissenschaftlicher Begutachtung Bandbreite der Umweltbedingungen Hodapp et al. submitted

16 Integration durch gemeinsame Projekte BEFmate Baltic Coastal System Analysis and Status Evaluation

17 Integration durch gemeinsame Projekte BEFmate Prof. Dr. Helmut Hillebrand, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg Prof. Dr. Ulrich Brose, Georg August Universität Göttingen

18 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

19 BEFmate zentrales Experiment

20 BEFmate zentrales Experiment Besiedlung (Assembly) Störungen (tidal) Extremereignisse (Stürme) Biodiversitätsdynamik Ökosystemprozesse Extinktion (Disassembly) Zeit

21 BEFmate zentrales Experiment Aufbau der experimentellen Inseln vor Spiekeroog Fotos: Thorsten Balke

22 BEFmate zentrales Experiment 6 Inseln mit Bewuchs 6 Inseln ohne Bewuchs Kontrollflächen im Sandwatt und auf der Salzwiese Fotos: Thorsten Balke

23 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

24 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

25 Schlußfolgerungen Die Ausrichtung der Biodiversitätsforschung im Küstenbereich basiert auf der Weiterentwicklung folgender Felder Verbindung von biologisch ökologischer mit physikalischgeochemischer 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