TY  - THES
A1  - Bergholz, Kolja
T1  - Trait-based understanding of plant species distributions along environmental gradients
T1  - Zum Verständnis der Verbreitung von Pflanzen entlang von umweltgradienten auf der Basis von funktionellen Eigenschaften
N2  - For more than two centuries, plant ecologists have aimed to understand how environmental gradients and biotic interactions shape the distribution and co-occurrence of plant species. In recent years, functional trait–based approaches have been increasingly used to predict patterns of species co-occurrence and species distributions along environmental gradients (trait–environment relationships). Functional traits are measurable properties at the individual level that correlate well with important processes. Thus, they allow us to identify general patterns by synthesizing studies across specific taxonomic compositions, thereby fostering our understanding of the underlying processes of species assembly. However, the importance of specific processes have been shown to be highly dependent on the spatial scale under consideration. In particular, it remains uncertain which mechanisms drive species assembly and allow for plant species coexistence at smaller, more local spatial scales. Furthermore, there is still no consensus on how particular environmental gradients affect the trait composition of plant communities. For example, increasing drought because of climate change is predicted to be a main threat to plant diversity, although it remains unclear which traits of species respond to increasing aridity. Similarly, there is conflicting evidence of how soil fertilization affects the traits related to establishment ability (e.g., seed mass). In this cumulative dissertation, I present three empirical trait-based studies that investigate specific research questions in order to improve our understanding of species distributions along environmental gradients. 
In the first case study, I analyze how annual species assemble at the local scale and how environmental heterogeneity affects different facets of biodiversity—i.e. taxonomic, functional, and phylogenetic diversity—at different spatial scales. The study was conducted in a semi-arid environment at the transition zone between desert and Mediterranean ecosystems that features a sharp precipitation gradient (Israel). Different null model analyses revealed strong support for environmentally driven species assembly at the local scale, since species with similar traits tended to co-occur and shared high abundances within microsites (trait convergence). A phylogenetic approach, which assumes that closely related species are functionally more similar to each other than distantly related ones, partly supported these results. However, I observed that species abundances within microsites were, surprisingly, more evenly distributed across the phylogenetic tree than expected (phylogenetic overdispersion). Furthermore, I showed that environmental heterogeneity has a positive effect on diversity, which was higher on functional than on taxonomic diversity and increased with spatial scale. The results of this case study indicate that environmental heterogeneity may act as a stabilizing factor to maintain species diversity at local scales, since it influenced species distribution according to their traits and positively influenced diversity. All results were constant along the precipitation gradient.
In the second case study (same study system as case study one), I explore the trait responses of two Mediterranean annuals (Geropogon hybridus and Crupina crupinastrum) along a precipitation gradient that is comparable to the maximum changes in precipitation predicted to occur by the end of this century (i.e., −30%). The heterocarpic G. hybridus showed strong trends in seed traits, suggesting that dispersal ability increased with aridity. By contrast, the homocarpic C. crupinastrum showed only a decrease in plant height as aridity increased, while leaf traits of both species showed no consistent pattern along the precipitation gradient. Furthermore, variance decomposition of traits revealed that most of the trait variation observed in the study system was actually found within populations. I conclude that trait responses towards aridity are highly species-specific and that the amount of precipitation is not the most striking environmental factor at this particular scale.
In the third case study, I assess how soil fertilization mediates—directly by increased nutrient addition and indirectly by increased competition—the effect of seed mass on establishment ability. For this experiment, I used 22 species differing in seed mass from dry grasslands in northeastern Germany and analyzed the interacting effects of seed mass with nutrient availability and competition on four key components of seedling establishment: seedling emergence, time of seedling emergence, seedling survival, and seedling growth. (Time of) seedling emergence was not affected by seed mass. However, I observed that the positive effect of seed mass on seedling survival is lowered under conditions of high nutrient availability, whereas the positive effect of seed mass on seedling growth was only reduced by competition. Based on these findings, I developed a conceptual model of how seed mass should change along a soil fertility gradient in order to reconcile conflicting findings from the literature. In this model, seed mass shows a U-shaped pattern along the soil fertility gradient as a result of changing nutrient availability and competition. 
Overall, the three case studies highlight the role of environmental factors on species distribution and co-occurrence. Moreover, the findings of this thesis indicate that spatial heterogeneity at local scales may act as a stabilizing factor that allows species with different traits to coexist. In the concluding discussion, I critically debate intraspecific trait variability in plant community ecology, the use of phylogenetic relationships and easily measured key functional traits as a proxy for species’ niches. Finally, I offer my outlook for the future of functional plant community research.
N2  - Seit über 200 Jahre erforschen Ökologen den Einfluss von Umweltgradienten, biotischen Interaktionen und neutralen Prozessen auf die Artenzusammensetzung von Pflanzengemeinschaften. Um generelle Muster und die zugrundeliegenden Mechanismen unabhängig von der gegeben Artenzusammensetzung besser zu verstehen, wurden in den letzten Jahren vermehrt funktionellen Eigenschaften (‚functional traits‘) als methodischen Ansatz genutzt. Es wurde deutlich, dass die bestimmenden Prozesse abhängig von der betrachteten räumlichen Skala sind. Vor allem ist unklar, in wieweit Umweltheterogenität auf kleiner, lokaler Skala die Artenzusammensetzung beeinflusst. Des Weiteren ist Skalenabhängigkeit wichtig um den Einfluss von spezifischen Umweltgradienten, wie Trockenheit oder Bodenfertilität,  auf die funktionelle Eigenschaften von Pflanzengemeinschaften zu ermitteln. 
In der vorliegenden Dissertation untersuche ich in drei unabhängigen, empirischen Studien den Einfluss von Umweltgradienten bzw. Umweltheterogenität auf die funktionellen Eigenschaften von Pflanzengemeinschaften unter besonderer Berücksichtigung der Skalenabhängigkeit. In der ersten Fallstudie prüfe ich welche Faktoren die Artenzusammensetzung in einem semi-ariden Ökosystem (Israel), das von einjährigen Pflanzen dominiert wird, auf lokaler Skala bestimmen. Ich kann zeigen, dass vor allem Arten mit ähnlichen funktionellen Eigenschaften in Mikrohabitaten auftreten, das auf eine Selektion durch Umweltfaktoren hindeutet. Des Weiteren kann ich zeigen, dass mit Zunahme der Umweltheterogenität des Habitats die Diversität der funktionellen Eigenschaften sowie die Artendiversität in den Pflanzengemeinschaften zunehmen. Aus diesen Ergebnissen folgere ich, dass lokale Umweltheterogenität ein wichtiger Faktor für die Koexistenz der Pflanzenarten ist. Im selben Untersuchungsgebiet, untersuche ich in der zweiten Studie die Anpassung von mediterranen Pflanzen entlang eines Niederschlagsgradienten, der den vorausgesagten Niederschlagsveränderungen bis zum Ende dieses Jahrhunderts entspricht. Dafür wurden die funktionellen Eigenschaften von zwei typischen mediterranen Arten in 16 Populationen gemessen. Überraschenderweise zeigten die Arten unterschiedliche Anpassungen entlang des Gradienten, dass auf eine artspezifische Anpassung an Trockenheit hinweist. Des Weiteren wird in der Studie deutlich, dass der Regengradient zwar ein wichtiger, aber kein bestimmender Faktor auf der entsprechenden Skala ist, da ein großer Anteil der intraspezifischen Merkmalsvariation innerhalb der Populationen gefunden wird. In der dritten Studie untersuche ich inwieweit Bodenfertilität die Etablierungswahrscheinlichkeit von Pflanzen mit unterschiedlichen Samenmassen direkt (durch erhöhte Nährstoffverfügbarkeit) und indirekt (durch erhöhte Konkurrenz) beeinflusst. Das Experiment wurde mit 22 Trockenrasenarten aus Nordost Brandenburg durchgeführt. Es zeigte sich, dass der positive Effekt von Samenmasse auf die Etablierungsfähigkeit abhängig von den jeweiligen Bedingungen ist und verschiedene Prozesse während der Etablierungsphase beeinflusst werden. Auf der Basis dieser Ergebnisse und Literatur, stelle ich ein konzeptionelles Model vor, dass widersprüchliche Ergebnisse aus der Literatur synthetisiert. 
Zusammengenommen zeigen die Ergebnisse meiner Dissertation, dass funktionelle Eigenschaften wichtige Erkenntnisse über die Prozesse liefern, die das Auftreten von Pflanzen und deren Anpassung entlang von Umweltgradienten bestimmen. In der abschließenden Diskussion hinterfrage ich kritisch die Verwendung von intraspezifischer Variabilität funktioneller Eigenschaften in der Gemeinschaftsökologie, Phylogenie als Surrogat für die Nische einer Art und die Standardisierung funktioneller Eigenschaften als methodische Aspekte. Abschließend gebe ich einen Ausblick über zukünftige Pflanzenökologie-Forschung mit funktionellen Eigenschaften.
KW  - functional ecology
KW  - plant community
KW  - species coexistence
KW  - biodiversity
KW  - funktionelle Ökologie
KW  - Pflanzengemeinschaften
KW  - Koexistenz von Arten
KW  - Biodiversität
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-426341
ER  - 
TY  - THES
A1  - Czempas, Alexander
T1  - Die Bündelung von Payments for Environmental Services als Möglichkeit eines effizienten Schutzes von Biodiversität
T1  - Bundling of payments for environmental services for a more efficient conservation of biodiversity
BT  - eine transaktionskostenökonomische Analyse
BT  - a transaction cost analysis
N2  - In dieser Dissertation erfolgt eine Analyse des Schutzes von Biodiversität durch Payments for Environmental Services (PES) und, insbesondere im empirischen Teil, innerhalb des Ansatzes Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation plus (REDDplus). Die Anwendung von PES-Programmen zum Schutz von Biodiversität gewinnt im umweltpolitischen Bereich immer mehr an Bedeutung. Gleichzeitig ist die Umsetzung solcher Schutzprogramme jedoch mit erheblichen Transaktionskosten und damit der Gefahr von Ineffizienzen verbunden. Die Möglichkeit der Bündelung von Biodiversität mit einer weiteren Ökosystemleistung, hier der Speicherung von Kohlenstoffdioxid, wird hinsichtlich der Wirkungen auf die Schutzniveaus beider Ökosystemleistungen und der Veränderung der Produktionsweise des landwirtschaftlichen Sektors in einem monopsonistischen Modelansatz analysiert. Durch die formale Analyse zeigt sich, dass für einen effizienteren Schutz der beiden Ökosystemleistungen economies of scope bei den Transaktionskosten mit der Bündelung von PES-Programmen realisiert werden müssen. Ein Beispiel für die praktische Umsetzung von Payments for Environmental Services ist der REDDplus-Ansatz. Das Ziel ist die Reduzierung von Treibhausgasemissionen durch den Erhalt und die nachhaltige Bewirtschaftung von tropischen Wäldern, aber auch der Schutz von Biodiversität. Innerhalb des empirischen Teiles der Dissertation wird untersucht, inwiefern es durch die Verfolgung beider Ziele zur Realisierung von economies of scope bei den Transaktionskosten kommt. In die Analyse werden sechs Länder (Costa-Rica, Indonesien, Mexiko, Kambodscha, Peru und Vietnam) einbezogen. Die Analyse erfolgt auf der Grundlage von Szenarien, welche mit Hilfe der Readiness Proposals der Länder für den Zeitraum von 2008 bis 2030 erstellt wurden. Anhand der Ergebnisse kann gezeigt werden, dass es nicht automatisch durch die Zusammenlegung von PES-Programmen zu einer Realisierung von economies of scope kommt. Eine Bündelung solcher Programme ist daher nicht in allen Phasen ihrer Umsetzung ratsam.
N2  - This thesis conducts an analysis of conservation of biodiversity through Payments for Environmental Services (PES) and, particularly in the empirical part, within the approach of Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation plus (REDDplus). In the field of environmental policy the use of PES programs to conserve biodiversity becomes increasingly important. At the same time the implementation of such programs is associated with significant transaction costs and the risk of inefficiency. The possibility of pooling biodiversity with other ecosystem services, here carbon sequestration, is analyzed in a monopsonistic model with regard to the effects on the level of conservation of both ecosystem services and the change in the production process of the agricultural sector. The results of the formal analysis pointed out that economies of scope must be realized in transaction costs for an efficient conservation of both ecosystem services. The REDDplus approach is an example of the practical implementation of Payments for Environmental Services. The target of this approach is the reduction of greenhouse gas emissions through preservation and sustainable management of tropical forests, but also the conservation of biodiversity. The empirical part of the thesis examines the possibility of realizing economies of scope in transaction costs if both targets are pursued. The analysis includes six REDDplus countries (Costa Rica, Indonesia, Mexico, Cambodia, Peru and Vietnam). The analysis is performed on the basis of scenarios that have been created using the Readiness Proposals of countries for the period from 2008 to 2030.The results show that merging PES programs does not automatically ensure a realization of economies of scope. A bundling of such programs is not advisable at all stages of implementation.
KW  - Biodiversität
KW  - PES
KW  - Bündelung von PES
KW  - economies of scope
KW  - REDDplus
KW  - Biodiversity
KW  - PES
KW  - Bundling of PES
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64572
SN  - 978-3-86956-238-4
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Guill, Christian
T1  - Structure, stability and functioning of food webs
T1  - Struktur, Stabilität und Funktion von Nahrungsnetzen
N2  - In this thesis, a collection of studies is presented that advance research on complex food webs in several directions. Food webs, as the networks of predator-prey interactions in ecosystems, are responsible for distributing the resources every organism needs to stay alive. They are thus central to our understanding of the mechanisms that support biodiversity, which in the face of increasing severity of anthropogenic global change and accelerated species loss is of highest importance, not least for our own well-being. 

The studies in the first part of the thesis are concerned with general mechanisms that determine the structure and stability of food webs. It is shown how the allometric scaling of metabolic rates with the species' body masses supports their persistence in size-structured food webs (where predators are larger than their prey), and how this interacts with the adaptive adjustment of foraging efforts by consumer species to create stable food webs with a large number of coexisting species. The importance of the master trait body mass for structuring communities is further exemplified by demonstrating that the specific way the body masses of species engaging in empirically documented predator-prey interactions affect the predator's feeding rate dampens population oscillations, thereby helping both species to survive. In the first part of the thesis it is also shown that in order to understand certain phenomena of population dynamics, it may be necessary to not only take the interactions of a focal species with other species into account, but to also consider the internal structure of the population. This can refer for example to different abundances of age cohorts or developmental stages, or the way individuals of different age or stage interact with other species.

Building on these general insights, the second part of the thesis is devoted to exploring the consequences of anthropogenic global change on the persistence of species. It is first shown that warming decreases diversity in size-structured food webs. This is due to starvation of large predators on higher trophic levels, which suffer from a mismatch between their respiration and ingestion rates when temperature increases. In host-parasitoid networks, which are not size-structured, warming does not have these negative effects, but eutrophication destabilises the systems by inducing detrimental population oscillations. In further studies, the effect of habitat change is addressed. On the level of individual patches, increasing isolation of habitat patches has a similar effect as warming, as it leads to decreasing diversity due to the extinction of predators on higher trophic levels. In this case it is caused by dispersal mortality of smaller and therefore less mobile species on lower trophic levels, meaning that an increasing fraction of their biomass production is lost to the inhospitable matrix surrounding the habitat patches as they become more isolated. It is further shown that increasing habitat isolation desynchronises population oscillations between the patches, which in itself helps species to persist by dampening fluctuations on the landscape level. However, this is counteracted by an increasing strength of local population oscillations fuelled by an indirect effect of dispersal mortality on the feeding interactions. Last, a study is presented that introduces a novel mechanism for supporting diversity in metacommunities. It builds on the self-organised formation of spatial biomass patterns in the landscape, which leads to the emergence of spatio-temporally varying selection pressures that keep local communities permanently out of equilibrium and force them to continuously adapt. Because this mechanism relies on the spatial extension of the metacommunity, it is also sensitive to habitat change.

In the third part of the thesis, the consequences of biodiversity for the functioning of ecosystems are explored. The studies focus on standing stock biomass, biomass production, and trophic transfer efficiency as ecosystem functions. It is first shown that increasing the diversity of animal communities increases the total rate of intra-guild predation. However, the total biomass stock of the animal communities increases nevertheless, which also increases their exploitative pressure on the underlying plant communities. Despite this, the plant communities can maintain their standing stock biomass due to a shift of the body size spectra of both animal and plant communities towards larger species with a lower specific respiration rate. In another study it is further demonstrated that the generally positive relationship between diversity and the above mentioned ecosystem functions becomes steeper when not only the feeding interactions but also the numerous non-trophic interactions (like predator interference or competition for space) between the species of an ecosystem are taken into account. Finally, two studies are presented that demonstrate the power of functional diversity as explanatory variable. It is interpreted as the range spanned by functional traits of the species that determine their interactions. This approach allows to mechanistically understand how the ecosystem functioning of food webs with multiple trophic levels is affected by all parts of the food web and why a high functional diversity is required for efficient transportation of energy from primary producers to the top predators.

The general discussion draws some synthesising conclusions, e.g. on the predictive power of ecosystem functioning to explain diversity, and provides an outlook on future research directions.
N2  - In dieser Habilitationsschrift wird eine Zusammenstellung wissenschaftlicher Arbeiten präsentiert, die die Forschung zu komplexen Nahrungsnetzen in verschiedene Richtungen weiterentwickeln. Nahrungsnetze sind die Netzwerke der Räuber-Beute-Interaktionen in einem Ökosystem und bestimmen damit über die Verteilung der von allen Arten zum Überleben benötigten Ressourcen. Sie sind daher ein zentrales Konzept für das Verständnis der Mechanismen, die die Koexistenz einer Vielzahl von Arten ermöglichen. Angesichts der zunehmenden Intensität des anthropogenen globalen Wandels und sich weiter beschleunigendem Artensterben ist ein solches Verständnis von zentraler Bedeutung, nicht zuletzt auch für das menschliche Wohlergehen.

Die Studien im ersten Teil der Thesis befassen sich mit generellen Mechanismen, die die Struktur und Stabilität von Nahrungsnetzen bestimmen. Es wird gezeigt, wie die allometrische Skalierung metabolischer Raten mit der Körpermasse der Individuen ihre Persistenz in größenstrukturierten Nahrungsnetzen unterstützt, und wie dies mit dem adaptiven Jagdverhalten von Räubern interagiert um stabile Nahrungsnetzstrukturen zu erzeugen. Basierend auf der Analyse empirisch dokumentierter Räuber-Beute-Paare wird zudem gezeigt, dass das Körpergrößenverhältnis von Räuber- und Beutearten deren Interaktionsstärke so beeinflusst, dass Populationsoszillationen stabilisiert werden. Weitere Studien demonstrieren, dass es zum Verständnis bestimmter populationsdynamischer Phänomene notwendig sein kann, die interne Struktur der betrachteten Populationen (z.B. die Größe von Alterskohorten) zu berücksichtigen.

Auf diesen allgemeinen Erkenntnissen aufbauend werden im zweiten Teil der Habilitationsschrift Studien vorgestellt, die sich mit den Auswirkungen des anthropogenen globalen Wandels auf die Persistenz von Arten befassen. Erwärmung reduziert die Diversität in größenstrukturierten Nahrungsnetzen, indem sie zum Aussterben großer Räuberarten führt. Dies geschieht dadurch, dass die Respirationsrate wechselwarmer Tiere bei Erwärmung schneller ansteigt als ihre maximale Fraßrate. In Parasitoid-Wirt-Netzwerken mit flacher Größenstruktur hat Erwärmung keinen derartigen negativen Effekt, allerdings führt dort Eutrophierung durch die Induktion starker Populationsoszillationen zu Destabilisierung und Artensterben. In weiteren Studien werden die Auswirkungen von Habitatveränderung untersucht. Analog zur Erwärmung führt zunehmende Habitatisolation in den einzelnen Habitatflecken zu einem Rückgang der Diversität aufgrund des Aussterbens von großen Räuberarten. In diesem Fall wird das durch die Zunahme der Migrationsmortalität kleinerer und daher weniger mobiler Arten verursacht, welche dazu führt, dass ein immer größerer Anteil der Biomassenproduktion dieser Arten an die lebensfeindliche Matrix zwischen den Habitatflecken verloren geht. Es wird weiterhin gezeigt, dass zunehmende Isolation zur Desynchronisierung von Populationsoszillationen zwischen den einzelnen Habitatflecken führt. Allerdings führt die Zunahme der Wanderungsmortalität aufgrund eines indirekten Effektes auf die Fraßraten in den Habitatflecken zu einer Verstärkung der lokalen Populationsoszillationen, was den positiven Effekt der Desynchronisierung ausgleicht. Zuletzt wird in diesem Abschnitt ein neuartiger Mechanismus vorgestellt, der die Diversität in Meta-Gemeinschaften unterstützen kann. Er basiert auf selbstorganisierter Bildung räumlicher Muster in der Biomassenverteilung der Arten. Diese Muster erzeugen räumlich-zeitlich fluktuierende Selektionsdrücke, die die lokalen Artengemeinschaften in einem permanenten Nichtgleichgewichtszustand halten und dazu zwingen, sich ständig neu anzupassen. Da dieser Mechanismus auf der räumlichen Ausdehnung der Metagemeinschaften basiert, kann er ebenfalls empfindlich auf Habitatveränderungen reagieren.

Im dritten Teil der Habilitationsschrift werden die Effekte von Biodiversität auf Ökosystemfunktionen untersucht. Die Studien beziehen sich dabei vor allem auf Bestand und Produktionsrate von Biomasse sowie auf die trophische Transfereffizienz. Es wird gezeigt, dass zunehmende Diversität von Tiergemeinschaften eine Verschiebung der Größenspektren von Pflanzen- und Tiergemeinschaften hin zu größeren Arten mit geringerer spezifischer Respirationsrate bewirkt, wodurch es den Pflanzengemeinschaften möglich wird, ihren Biomassenbestand trotz erhöhtem Fraßdruck zu erhalten. In einer weiteren Studie wird gezeigt, dass der im Allgemeinen positive Zusammenhang zwischen Biodiversität und den genannten Ökosystemfunktionen verstärkt wird, wenn neben den Fraßbeziehungen der Arten auch die zahlreichen weiteren Interaktionsmöglichkeiten der Arten (wie zum Beispiel Flächenkonkurrenz sessiler Arten) berücksichtigt werden. Abschließend werden zwei Studien präsentiert, auf funktioneller Diversität als zentraler erklärender Variable beruhen. Diese wird interpretiert als der Wertebereich, den funktionelle Merkmale, die die Interaktionen der Arten bestimmen, überspannen. Dieser Ansatz erlaubt es, mechanistisch nachzuvollziehen, wie die ökologischen Funktionen von Nahrungsnetzen von den einzelnen Teilen der Netzwerke beeinflusst werden, und warum eine hohe funktionelle Diversität für den effizienten Transport der Biomasse von den Primärproduzenten zu den Räubern an der Spitze der Nahrungskette notwendig ist.

In der allgemeinen Diskussion werden einige zusammenfassende Schlussfolgerungen gezogen, die zum Beispiel die Vorhersagekraft von Ökosystemfunktionen zum Erklären der Diversität betreffen, und es wird ein Ausblick auf künftige Forschungsansätze gegeben.
KW  - ecology
KW  - food webs
KW  - biodiversity
KW  - anthropogenic global change
KW  - metacommunities
KW  - ecosystem functioning
KW  - functional diversity
KW  - Ökologie
KW  - Nahrungsnetze
KW  - Biodiversität
KW  - anthropogener globaler Wandel
KW  - Metagemeinschaften
KW  - Ökosystemfunktionen
KW  - funktionelle Diversität
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-561153
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kettner, Marie Therese
T1  - Microbial colonization of microplastic particles in aquatic systems
T1  - Mikrobielle Besiedlung von Mikroplastik-Partikeln in aquatischen Systemen
N2  - The continuously increasing pollution of aquatic environments with microplastics (plastic particles < 5 mm) is a global problem with potential implications for organisms of all trophic levels. For microorganisms, trillions of these floating microplastics particles represent a huge surface area for colonization. Due to the very low biodegradability, microplastics remain years to centuries in the environment and can be transported over thousands of kilometers together with the attached organisms. Since also pathogenic, invasive, or otherwise harmful species could be spread this way, it is essential to study microplastics-associated communities.
For this doctoral thesis, eukaryotic communities were analyzed for the first time on microplastics in brackish environments and compared to communities in the surrounding water and on the natural substrate wood. With Illumina MiSeq high-throughput sequencing, more than 500 different eukaryotic taxa were detected on the microplastics samples. Among them were various green algae, dinoflagellates, ciliates, fungi, fungal-like protists and small metazoans such as nematodes and rotifers. The most abundant organisms was a dinoflagellate of the genus Pfiesteria, which could include fish pathogenic and bloom forming toxigenic species. Network analyses revealed that there were numerous interaction possibilities among prokaryotes and eukaryotes in microplastics biofilms. Eukaryotic community compositions on microplastics differed significantly from those on wood and in water, and compositions were additionally distinct among the sampling locations. Furthermore, the biodiversity was clearly lower on microplastics in comparison to the diversity on wood or in the surrounding water.
In another experiment, a situation was simulated in which treated wastewater containing microplastics was introduced into a freshwater lake. With increasing microplastics concentrations, the resulting bacterial communities became more similar to those from the treated wastewater. Moreover, the abundance of integrase I increased together with rising concentrations of microplastics. Integrase I is often used as a marker for anthropogenic environmental pollution and is further linked to genes conferring, e.g., antibiotic resistance. 
This dissertation gives detailed insights into the complexity of prokaryotic and eukaryotic communities on microplastics in brackish and freshwater systems. Even though microplastics provide novel microhabitats for various microbes, they might also transport toxigenic, pathogenic, antibiotic-resistant or parasitic organisms; meaning their colonization can pose potential threats to humans and the environment. Finally, this thesis explains the urgent need for more research as well as for strategies to minimize the global microplastic pollution.
N2  - Die stetig steigende Verschmutzung der Gewässer mit Mikroplastik (Plastikteilchen < 5 mm) ist ein weltweites Umweltproblem und wirkt sich potentiell auf Organismen aller trophischen Ebenen aus. Für Mikroorganismen stellen Billionen dieser schwimmenden Mikroplastik-partikel eine riesige Fläche zur Besiedlung dar. Aufgrund der sehr schlechten Abbaubarkeit verbleibt Mikroplastik Jahre bis Jahrhunderte in der Umwelt und kann samt der angehefteten Organismen über mehrere Tausend Kilometer weit transportiert werden. Da sich darüber auch pathogene, invasive oder anderweitig gefährliche Arten verbreiten könnten, ist es essentiell, die Mikroplastik-assoziierten Gemeinschaften zu untersuchen.
Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden erstmals die eukaryotischen Gemeinschaften auf Mikroplastik in Brackwasser-Habitaten analysiert und mit Gemeinschaften aus dem umgebenden Wasser und auf dem natürlichen Substrat Holz verglichen. Mit Illumina MiSeq Hochdurchsatz-Sequenzierungs-Verfahren wurde ermittelt, dass über 500 verschiedene eukaryotische Taxa auf den Mikroplastikproben vorkamen. Dazu gehörten unterschiedliche Grünalgen, Dinoflagellaten, Ciliaten, Pilze, pilz-ähnliche Protisten und kleine Metazoen wie Fadenwürmer oder Rädertierchen. Am häufigsten kamen Dinoflagellaten der Gattung Pfiesteria vor, zu der möglicherweise fischpathogene und toxische Algenblüten-bildende Arten gehören könnten. Netzwerk-Analysen zeigten, dass es auf Mikroplastik eine Vielzahl von Interaktionsmöglichkeiten zwischen den vorhandenen Eukaryoten und Prokaryoten gibt. Die Zusammensetzungen der Eukaryoten-Gemeinschaften auf Mikroplastik unterschieden sich signifikant von jenen auf Holz und im umgebenden Wasser, aber auch zwischen den verschiedenen Probenahme-Standorten. Die Mikroplastikproben wiesen im Vergleich zu Wasser und Holz die geringste Biodiversität auf.
In einem weiteren Experiment wurde simuliert, dass Mikroplastik-haltiges Wasser aus dem Ablauf einer Kläranlage in einen See eingeleitet wird. Bei hohen Mikroplastikkonzentrationen reicherten sich besonders Bakterien aus dem Kläranlagenablauf an. Zudem hatten die Bakteriengemeinschaften auf Mikroplastik ein signifikant erhöhtes Vorkommen eines bestimmten genetischen Markers (Integrase I), welcher auf anthropogene Umweltverschmutzung hindeutet, sowie mit Genen verknüpft ist, die z. B. Antibiotika-Resistenzen übertragen können.
Die Versuchsergebnisse dieser Doktorarbeit zeigen einerseits, wie komplex und vielseitig das mikrobielle Leben auf Mikroplastik sein kann, andererseits könnten diese Partikel aber auch Transportvehikel für toxische, pathogene, antibiotika-resistente oder parasitäre Organismen darstellen. Somit birgt ihre Besiedlung potentielle Gefahren für Mensch und Umwelt. Darüber hinaus weist diese Arbeit auf dringenden Forschungsbedarf hin und verdeutlicht die Notwendigkeit der Eindämmung der globalen Mikroplastik-Verschmutzung.
KW  - microplastics
KW  - eukaryotes
KW  - sequencing
KW  - fungi
KW  - biofilm
KW  - biodiversity
KW  - Biodiversität
KW  - Biofilm
KW  - Eukaryoten
KW  - Pilze
KW  - Mikroplastik
KW  - Sequenzierung
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-418854
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kolk, Jens
T1  - The long-term legacy of historical land cover changes
T1  - Die Langzeitfolgen historischer Landbedeckungsveränderungen
BT  - patterns and dynamics in herb-layer species richness in deciduous forests of the Prignitz region (NE Germany)
BT  - Muster und Dynamik der Artenvielfalt von Waldpflanzengemeinschaften in Laubwäldern der Prignitz (Nordostdeutschland)
N2  - Over the last years there is an increasing awareness that historical land cover changes and associated land use legacies may be important drivers for present-day species richness and biodiversity due to time-delayed extinctions or colonizations in response to historical environmental changes. Historically altered habitat patches may therefore exhibit an extinction debt or colonization credit and can be expected to lose or gain species in the future. However, extinction debts and colonization credits are difficult to detect and their actual magnitudes or payments have rarely been quantified because species richness patterns and dynamics are also shaped by recent environmental conditions and recent environmental changes.
In this thesis we aimed to determine patterns of herb-layer species richness and recent species richness dynamics of forest herb layer plants and link those patterns and dynamics to historical land cover changes and associated land use legacies. The study was conducted in the Prignitz, NE-Germany, where the forest distribution remained stable for the last ca. 100 years but where a) the deciduous forest area had declined by more than 90 per cent (leaving only remnants of "ancient forests"), b) small new forests had been established on former agricultural land ("post-agricultural forests"). Here, we analyzed the relative importance of land use history and associated historical land cover changes for herb layer species richness compared to recent environmental factors and determined magnitudes of extinction debt and colonization credit and their payment in ancient and post-agricultural forests, respectively.
We showed that present-day species richness patterns were still shaped by historical land cover changes that ranged back to more than a century. Although recent environmental conditions were largely comparable we found significantly more forest specialists, species with short-distance dispersal capabilities and clonals in ancient forests than in post-agricultural forests. Those species richness differences were largely contingent to a colonization credit in post-agricultural forests that ranged up to 9 species (average 4.7), while the extinction debt in ancient forests had almost completely been paid. Environmental legacies from historical agricultural land use played a minor role for species richness differences. Instead, patch connectivity was most important. Species richness in ancient forests was still dependent on historical connectivity, indicating a last glimpse of an extinction debt, and the colonization credit was highest in isolated post-agricultural forests. In post-agricultural forests that were better connected or directly adjacent to ancient forest patches the colonization credit was way smaller and we were able to verify a gradual payment of the colonization credit from 2.7 species to 1.5 species over the last six decades.
N2  - In den vergangenen Jahren reift immer mehr die Erkenntnis, dass historische Landnutzungsveränderungen und deren Folgewirkungen einen wichtigen Einfluss auf die heutige Artenvielfalt und Biodiversität haben können. In Habitaten, deren Landnutzung und Fläche sich in historischer Zeit verändert hat kann aufgrund von verzögerten Aussterbe- und Einwanderungsprozessen eine erhöhte oder verringerte Artenvielfalt vorliegen, die nicht den heutigen Umweltbedingungen entspricht. Es liegen Aussterbeschulden oder Einwanderungs- bzw. Kolonisierungskredite vor, welcher über die Zeit mit Artverlusten oder Zugewinnen von Arten bezahlt werden. Aussterbeschulden oder Einwanderungskredite und deren Bezahlung sind schwierig zu ermitteln, da einerseits Informationen zu historischen Landnutzungsveränderungen oft fehlen und andererseits auch heutige Umweltfaktoren einen wichtigen Einfluss auf die Artenvielfalt haben.
Das Ziel dieser Arbeit war es die heutigen Muster der Artenvielfalt von Waldbodenpflanzen in Laub- und Mischwäldern und deren Veränderungen über die letzten 60 Jahre zu ermitteln und diese Muster im Hinblick auf historische Landnutzungsveränderungen zu untersuchen. Das Studiengebiet umfasst große Teile der Prignitz (Brandenburg und angrenzende Teile von Sachsen-Anhalt), ein Gebiet, dessen Waldanteil sich in den letzten 100 Jahren kaum verändert hat, in dem sich jedoch seit dem Ende des 19ten Jahrhunderts der Anteil historisch alter Wälder (ohne historische nachgewiesene agrarliche Nutzung) um mehr als 90% reduziert hat, während an anderer Stelle wenige neue Wälder auf vorigen Agrarflächen etabliert wurden. Im Rahmen dieser Studie wurde zunächst die Artenvielfalt und deren aktuelle Veränderung in historisch-alten Wäldern und neu etablierten Wäldern untersucht und verglichen. Um den Einfluss von historischen Landnutzungsveränderungen auf die Artenvielfalt zu ermittlen, wurde die historische und heutige Vernetzung der Waldflächen analysiert, die Umweltbedingungen in historisch-alten Wäldern und neu etablierten Wäldern verglichen und der Umfang und die Bezahlung der Aussterbeschulden und der Kolonisierungskredite ermittelt.
Die Arbeit zeigt, dass historische Landnutzungsveränderungen die heutige Artenvielfalt noch immer beeinflussen. Obwohl die heutigen Umweltbedingungen in historisch-alten und neu etablierten Wäldern vergleichbar waren, war die Gesamtartenzahl in historisch-alten Wäldern signifikant höher und in diesen Wäldern wurden insbesondere mehr Waldspezialisten und sich nur über kurze Enfernung ausbreitende Pflanzenarten gefunden. Die Unterschiede in den Artenzahlen sind vor allem auf einen Kolonisierungskredit in neu etablierten Wäldern zurückzuführen, während die Aussterbeschulden in historisch-alten Wäldern weitgehend bezahlt wurden. Der Kolonisierungskredits war am höchsten in isoliert gelegenen Waldflächen und belief sich auf bis zu 9 Arten (im Mittel 4,7). Der Kolonisierungskredit in besser vernetzten und in direkt an historisch-alten Wäldern angrenzenden Flächen war deutlich geringer. In diesen Wäldern konnte eine Verringerung des Kolonisierungskredites von im Mittel 2,7 zu 1,5 Arten über die letzten sechs Jahrzehnte nachgewiesen werden.
KW  - ecology
KW  - plant science
KW  - extinction debt
KW  - colonization credit
KW  - species richness
KW  - land use history
KW  - Ökologie
KW  - Pflanzenwissenschaften
KW  - Botanik
KW  - Aussterbeschuld
KW  - Einwanderungskredit
KW  - Biodiversität
KW  - Landnutzungshistorie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-439398
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kusber, Wolf-Henning
A1  - Jahn, Regine
T1  - Christian Gottfried Ehrenbergs Zeichnungen: Eine frühe wissenschaftliche Dokumentation mikroskopischer Organismen
BT  - Lebensbilder eines Naturforschers
JF  - HiN : Alexander von Humboldt im Netz = Christian Gottfried Ehrenberg
N2  - Die Erforschung und Beschreibung mikroskopischer Organismen durch Christian Gottfried Ehrenberg ist durch seine publizierten Texte und Kupfertafeln in den „Infusionsthierchen“, der „Mikrogeologie“ sowie aus Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften überliefert. Zentrale Bedeutung haben seine Zeichenblätter, anfangs alleinige Dokumentation, später komplementiert durch tausende mikroskopischer Dauerpräparate rezenter und fossiler Kieselschalen sowie getrockneter Einzeller. Alle Originalmaterialien Ehrenbergs stehen für die aktuelle Forschung in der Ehrenbergsammlung zur Verfügung. Seine detailgenauen Zeichnungen dienten der Erstbeschreibung einer Vielzahl neuer Arten aus allen Weltteilen. Biogeografische und ökologische Fragestellungen, Beschreibungen von Lebenszyklen sowie außerordentliche Phänomene wie die Färbung von Gewässern und Erden wurden mithilfe zeichnerischer Analysen bearbeitet.
N2  - Christian Gottfried Ehrenberg researched and described microscopic organisms and passed this knowledge on through his published texts and copper engravings in his two books “Infusionsthierchen” and “Mikrogeologie”, in addition to his many papers in the “Abhandlungen” of the “Akademie der Wissenschaften, Berlin”. Of central importance are his drawing sheets which were his sole documentation in the beginning. Later they were complemented by thousands of dried permanent microscopical preparations of recent and fossil diatom valves and other dried unicelled organisms. All his original materials are available in the Ehrenberg Collection for study. His detailed drawings served as the first description of a multitude of new species from around the world. Biogeographical and ecological questions, description of life cycles as well as extraordinary phenomena such as the coloring of waters and soils were treated by him through his drawings.
N2  - Christian Gottfried Ehrenberg investigó y describió miles de microorganismos y transmitió este conocimiento a través de sus textos publicados y placas de cobre en sus dos libros “Infusionsthierchen” y “Mikrogeologie”, además de sus numerosos artículos en los “Abhandlungen” de la “Akademie der Wissenschaften, Berlín”. Sus dibujos son de importancia central y que fueron inicialmente su única documentación. Posteriormente se complementan con miles de preparaciones microscópicas permanentes entre otas, de frústulas de diatomeas fósiles y recientes. Su material original está disponible para la investigación en la Colección de Ehrenberg. Sus dibujos detallados sirvieron como la primera descripción de una multitud de nuevas especies de todo el mundo. Temas biogeográficos y ecológicos, la descripción de los ciclos de vida, así como fenómenos extraordinarios como la coloración de aguas y suelos, fueron tratados por él a través de sus dibujos.
KW  - Algen
KW  - Artbeschreibung
KW  - Mikroskopie
KW  - Biodiversität
KW  - naturkundliche Sammlung
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-515040
SN  - 1617-5239
SN  - 2568-3543
VL  - XXII
IS  - 42
SP  - 105
EP  - 117
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Markschies, Christoph
A1  - Päßler, Ulrich
A1  - Grote, Mathias
A1  - Greenwood MacKinney, Anne
A1  - Kusber, Wolf-Henning
A1  - Jahn, Regine
A1  - Damaschun, Ferdinand
A1  - Böhme, Katrin
ED  - Ette, Ottmar
ED  - Knobloch, Eberhard
ED  - Päßler, Ulrich
T1  - HiN : Alexander von Humboldt im Netz = Christian Gottfried Ehrenberg
BT  - Lebensbilder eines Naturforschers
N2  - -Christoph Markschies: Geleitwort
-Ulrich Päßler: Christian Gottfried Ehrenberg: Lebensbilder eines Naturforschers
-Mathias Grote: „Aus dem Kleinen bauen sich die Welten“ – Christian Gottfried Ehrenbergs ökologische Mikrobiologie avant la lettre
-Anne Greenwood MacKinney: Die Inszenierung naturforschender Gelehrsamkeit beim Sammeln: Christian Gottfried Ehrenbergs und Wilhelm Hemprichs nordafrikanische Forschungsreise (1820 – 1825)
-Ulrich Päßler: Reisen im Nahen Osten. Zeichnungen
-Ulrich Päßler: Christian Gottfried Ehrenberg und die Biogeographie: Die russisch-sibirische Reise mit Alexander von Humboldt (1829)
-Ulrich Päßler: Russisch-Sibirische Reise. Zeichnungen
-Wolf-Henning Kusber, Regine Jahn: Christian Gottfried Ehrenbergs Zeichnungen: Eine frühe wissenschaftliche Dokumentation mikroskopischer Organismen
-Ferdinand Damaschun: Christian Gottfried Ehrenberg und die Entwicklung der Mikroskop-Technik im 19. Jahrhundert
-Ulrich Päßler: Die Reise ins Kleinste der Natur. Zeichnungen
-Katrin Böhme: Das große Ganze: Christian Gottfried Ehrenberg und die Gesellschaft Naturforschender Freunde zu Berlin
T3  - HiN : Alexander von Humboldt im Netz ; International Review for Humboldtian Studies - XXII. 2021, 42 
KW  - Christian Gottfried Ehrenberg
KW  - Naturgemälde
KW  - Mikrobiologie
KW  - Infusionsthierchen
KW  - Alexander von Humboldt
KW  - Wissenschaftsgeschichte
KW  - Forschungsreisen
KW  - Mikroskopie
KW  - Ehrenberg
KW  - Ökologie
KW  - Cholera
KW  - Protistologie
KW  - Infektion
KW  - Infusorium
KW  - Wilhelm Hemprich
KW  - gelehrte Tugenden
KW  - Sammlungspraxis
KW  - Dokumentationspraxis
KW  - wissenschaftliche Zeichnungen
KW  - Biogeographie
KW  - Algen
KW  - Artbeschreibung
KW  - Biodiversität
KW  - naturkundliche Sammlung
KW  - Glas
KW  - Infusorien
KW  - Mikrogeologie
KW  - Chevalier
KW  - Pistor & Schiek
KW  - Geschichte der Mikroskopie
KW  - wissenschaftliche Instrumente
KW  - Gesellschaft Naturforschender Freunde zu Berlin
KW  - GNF
KW  - Infusorienwerke
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-501413
SN  - 2568-3543
SN  - 1617-5239
VL  - XXII
IS  - 42
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mendes Ferreira, Clara
T1  - Indirect, tri-trophic effects of fear on biodiversity
N2  - Predator-forager interactions are a major factor in evolutionary adaptation of many species, as predators need to gain energy by consuming prey species, and foragers needs to avoid the worst fate of mortality while still consuming resources for energetic gains. In this evolutionary arms race, the foragers have constantly evolved anti-predator behaviours (e.g. foraging activity changes). To describe all these complex changes, researchers developed the framework of the landscape of fear, that is, the spatio-temporal variation of perceived predation risk. This concept simplifies all the involved ecological processes into one framework, by integrating animal biology and distribution with habitat characteristics. Researchers can then evaluate the perception of predation risk in prey species, what are the behavioural responses of the prey and, therefore, understand the cascading effects of landscapes of fear at the resource levels (tri-trophic effects). Although tri-trophic effects are well studied at the predator-prey interaction level, little is known on how the forager-resource interactions are part of the overall cascading effects of landscapes of fear, despite the changes of forager feeding behaviour - that occur with perceived predation risk - affecting directly the level of the resources.
This thesis aimed to evaluate the cascading effects of the landscape of fear on biodiversity of resources, and how the feeding behaviour and movement of foragers shaped the final resource species composition (potential coexistence mechanisms). We studied the changes caused by landscapes of fear on wild and captive rodent communities and evaluated: the cascading effects of different landscapes of fear on a tri-trophic system (I), the effects of fear on a forager’s movement patterns and dietary preferences (II) and cascading effects of different types of predation risk (terrestrial versus avian, III).
In Chapter I, we applied a novel measure to evaluate the cascading effects of fear at the level of resources, by quantifying the diversity of resources left after the foragers gave-up on foraging (diversity at the giving-up density). We tested the measure at different spatial levels (local and regional) and observed that with decreased perceived predation risk, the density and biodiversity of resources also decreased. Foragers left a very dissimilar community of resources based on perceived risk and resources functional traits, and therefore acted as an equalising mechanism.
In Chapter II, we wanted to understand further the decision-making processes of rodents in different landscapes of fear, namely, in which resource species rodents decided to forage on (based on three functional traits: size, nutrients and shape) and how they moved depending on perceived predation risk. In safe landscapes, individuals increased their feeding activity and movements and despite the increased costs, they visited more often patches that were further away from their central-place. Despite a preference for the bigger resources regardless of risk, when perceived predation risk was low, individuals changed their preference to fat-rich resources.
In Chapter III, we evaluated the cascading effects of two different types of predation risk in rodents: terrestrial (raccoon) versus avian predation risk. Raccoon presence or absence did not alter the rodents feeding behaviour in different landscapes of fear. Rodent’s showed risk avoidance behaviours towards avian predators (spatial risk avoidance), but not towards raccoons (lack of temporal risk avoidance).
By analysing the effects of fear in tri-trophic systems, we were able to deepen the knowledge of how non-consumptive effects of predators affect the behaviour of foragers, and quantitatively measure the cascading effects at the level of resources with a novel measure. Foragers are at the core of the ecological processes and responses to the landscape of fear, acting as variable coexistence agents for resource species depending on perceived predation risk. This newly found measures and knowledge can be applied to more trophic chains, and inform researchers on biodiversity patterns originating from landscapes of fear.
N2  - Die Wechselwirkungen zwischen Raubtier und Beute sind ein wichtiger Faktor in der Evolution der Tierwelt, da sich die Raubtiere anpassen müssen, um ihre Beute besser jagen zu können und die Beutetiere vermeiden müssen, gefressen zu werden, während sie immer noch genügend Ressourcen für ihre täglichen Bedürfnisse verbrauchen. In diesem ständigen Kampf müssen die Beutetiere ihr Verhalten ständig ändern, da sie die Anwesenheit von Raubtieren fürchten. Die Landschaft der Angst ist ein Rahmen, der alle ökologischen Prozesse beschreibt, die ablaufen, wenn die Tiere das Raubtierrisiko auf unterschiedliche Weise wahrnehmen. In Angstlandschaften reichen die indirekten Auswirkungen der Angst vor einem Raubtier aus, um eine Vielzahl von Reaktionen bei den Beutetieren hervorzurufen und folglich die Art und Weise zu beeinflussen, in der die Beutetiere Naturgutstype fressen (tritrophe Effekte).
Während die Interaktionen zwischen Raubtieren und Beutetieren gut erforscht sind, fehlt es an Wissen darüber, wie die Landschaft der Angst die Interaktionen zwischen Beutetieren und Naturgutstype beeinflussen kann (z. B. Pflanzenfresser, die Pflanzen fressen). In dieser Arbeit untersuchten wir die Kaskadeneffekte (d.h. Domino Effekte), die Beutetiere auf Naturgutstype haben, wenn sie verschiedene Prädationsrisiken wahrnehmen. Insbesondere wollten wir untersuchen, wie die Beutetiere entscheiden, was sie fressen und wohin sie sich bewegen, wie sich diese Veränderungen auf die biologische Vielfalt der Ressourcen auswirken können und welche Folgen dies für die Evolution der Ressourcenarten hat.
Für alle unsere Studien haben wir Nagetiere als Modellarten verwendet. Wir entwickelten ein neues Maß zur Quantifizierung der Auswirkungen von Angst auf die biologische Vielfalt von Ressourcen und testeten es erfolgreich an wilden Nagetierpopulationen. Wir konnten beobachten, dass die Nagetiere unterschiedliche Samenarten und -mengen fressen, je nachdem, wie sie das Raubtierrisiko einschätzen und abhängig von den Eigenschaften der Samen und der Art der vorhandenen Raubtiere (terrestrische oder aviäre Fleischfresser). Wir konnten diese Veränderungen quantifizieren und Vorhersagen darüber machen, wie sich der Wettbewerb zwischen den Samen um das Wachstum verändern würde (Koexistenzmechanismen). Mit diesem Wissen haben wir den Rahmen der Angstlandschaft um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Beute und Ressourcen erweitert und können unsere Erkenntnisse auch dazu nutzen, um zu verstehen, wie weitere Tierarten die biologische Vielfalt anderer Arten verändern, indem wir einfach verstehen, wie ängstlich sie sind.
KW  - landscape of fear
KW  - functional traits
KW  - foraging behaviour
KW  - biodiversity
KW  - giving-up density
KW  - cascading effects
KW  - Biodiversität
KW  - Kaskadeneffekte
KW  - Futtersuchverhalten
KW  - funktionale Merkmale
KW  - Landschaft der Angst
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-611020
ER  - 
TY  - THES
A1  - Raatz, Michael
T1  - Strategies within predator-prey interactions – from individuals to ecosystems
T1  - Strategien in Räuber-Beute Interaktionen – vom Individuum bis zum Ökosystem
N2  - Predator-prey interactions provide central links in food webs. These interaction are directly or indirectly impacted by a number of factors. These factors range from physiological characteristics of individual organisms, over specifics of their interaction to impacts of the environment. They may generate the potential for the application of different strategies by predators and prey. Within this thesis, I modelled predator-prey interactions and investigated a broad range of different factors driving the application of certain strategies, that affect the individuals or their populations. In doing so, I focused on phytoplankton-zooplankton systems as established model systems of predator-prey interactions.

At the level of predator physiology I proposed, and partly confirmed, adaptations to fluctuating availability of co-limiting nutrients as beneficial strategies. These may allow to store ingested nutrients or to regulate the effort put into nutrient assimilation. We found that these two strategies are beneficial at different fluctuation frequencies of the nutrients, but may positively interact at intermediate frequencies. The corresponding experiments supported our model results. We found that the temporal structure of nutrient fluctuations indeed has strong effects on the juvenile somatic growth rate of {\itshape Daphnia}. 

Predator colimitation by energy and essential biochemical nutrients gave rise to another physiological strategy. High-quality prey species may render themselves indispensable in a scenario of predator-mediated coexistence by being the only source of essential biochemical nutrients, such as cholesterol. Thereby, the high-quality prey may even compensate for a lacking defense and ensure its persistence in competition with other more defended prey species. 

We found a similar effect in a model where algae and bacteria compete for nutrients. Now, being the only source of a compound that is required by the competitor (bacteria) prevented the competitive exclusion of the algae. In this case, the essential compounds were the organic carbon provided by the algae. Here again, being indispensable served as a prey strategy that ensured its coexistence. 

The latter scenario also gave rise to the application of the two metabolic strategies of autotrophy and heterotrophy by algae and bacteria, respectively. We found that their coexistence allowed the recycling of resources in a microbial loop that would otherwise be lost. Instead, these resources were made available to higher trophic levels, increasing the trophic transfer efficiency in food webs.

The predation process comprises the next higher level of factors shaping the predator-prey interaction, besides these factors that originated from the functioning or composition of individuals. Here, I focused on defensive mechanisms and investigated multiple scenarios of static or adaptive combinations of prey defense and predator offense. I confirmed and extended earlier reports on the coexistence-promoting effects of partially lower palatability of the prey community. When bacteria and algae are coexisting, a higher palatability of bacteria may increase the average predator biomass, with the side effect of making the population dynamics more regular. This may facilitate experimental investigations and interpretations. If defense and offense are adaptive, this allows organisms to maximize their growth rate. Besides this fitness-enhancing effect, I found that co-adaptation may provide the predator-prey system with the flexibility to buffer external perturbations.

On top of these rather internal factors, environmental drivers also affect predator-prey interactions. I showed that environmental nutrient fluctuations may create a spatio-temporal resource heterogeneity that selects for different predator strategies. I hypothesized that this might favour either storage or acclimation specialists, depending on the frequency of the environmental fluctuations.

We found that many of these factors promote the coexistence of different strategies and may therefore support and sustain biodiversity. Thus, they might be relevant for the maintenance of crucial ecosystem functions that also affect us humans. Besides this, the richness of factors that impact predator-prey interactions might explain why so many species, especially in the planktonic regime, are able to coexist.
N2  - Organismen interagieren miteinander und mit ihrer Umwelt. Innerhalb dieses Netzwerks von Interaktionen sind Fraßbeziehungen zwischen Räubern und ihrer Beute von zentraler Bedeutung. Sie werden auf verschiedenen Ebenen von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst, was zur Ausprägung von diversen Strategien von Räuber oder Beute führen kann. Diese Faktoren und die Strategien die sie hervor bringen sind Gegenstand dieser Doktorarbeit. In mehreren Modellierungsstudien habe ich vielseitige Faktoren untersucht, die sich dem Aufbau einzelner Organismen, Verteidigungs- und Angriffsmechanismen sowie Umwelteinflüssen zuordnen lassen. Dabei konzentrierte ich mich auf ein etabliertes Modellsystem zur Erforschung von Räuber-Beute-Dynamiken und untersuchte die Fraßbeziehung zwischen Phytoplankton als Beute und Zooplankton als Räuber. Ich fand heraus, dass die Bereitstellung von essentiellen Ressourcen für Konkurrenten oder Räuber eine Strategie sein kann, mit der Beutearten sich vor dem Aussterben schützen können. Auch die direkte Verteidigung gegen den Räuber ist eine häufige Strategie zur Verringerung des Fraßdrucks und kann ebenfalls Koexistenz fördern. Für anpassungsfähige Verteidigung der Beute und Angriffsstärke des Räubers konnte ich zeigen, dass dies sowohl die Fitness erhöhen, als auch die Robustheit der Räuber-Beute-Dynamiken gegen äußere Störungen erhöhen kann. Weiterhin fand ich heraus, dass physiologische Anpassungsmechanismen wie Speicherung oder anpassungsfähige Aufnahme von Nährstoffen die Wachstumsrate des Räubers verbessern können, wenn die Qualität der verfügbaren Beute in der Umwelt des Räubers fluktuiert. Viele der Strategien, die ich in dieser Arbeit herausgestellt habe, können die Koexistenz von verschiedenen Arten fördern und damit zu erhöhter Biodiversität beitragen, welche wiederum entscheidend ist für die Stabilität von Ökosystemen und deren Nutzbarkeit.
KW  - predator-prey
KW  - biodiversity
KW  - modelling
KW  - Räuber-Beute
KW  - Biodiversität
KW  - Modellierung
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-426587
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riedl, Simon
T1  - Active tectonics in the Kenya Rift
T1  - Aktive Tektonik im Keniarift
BT  - implications for continental rifting and paleodrainage systems
BT  - Erkenntnisse über kontinentale Riftzonen und Paläogewässersysteme
N2  - Magmatische und tektonisch aktive Grabenzonen (Rifts) stellen die Vorstufen entstehender Plattengrenzen dar. Diese sich spreizenden tektonischen Provinzen zeichnen sich durch allgegenwärtige Abschiebungen aus, und die räumliche Verteilung, die Geometrie, und das Alter dieser Abschiebungen lässt Rückschlüsse auf die räumlichen und zeitlichen Zusammenhänge zwischen tektonischer Deformation, Magmatismus und langwelliger Krustendeformation in Rifts zu. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Störungsaktivität  im Kenia-Rift des känozoischen Ostafrikanischen Grabensystems im Zeitraum zwischen dem mittleren Pleistozän und dem Holozän.

Um die frühen Stadien der Entstehung kontinentaler Plattengrenzen zu untersuchen, wird in dieser Arbeit eine zeitlich gemittelte minimale Extensionsrate für den inneren Graben des Nördlichen Kenia-Rifts (NKR) für die letzten 0,5 Mio Jahre abgeleitet. Die Analyse beruht auf Messungen mit Hilfe des digitalen TanDEM-X-Höhenmodells, um die Abschiebungen entlang der vulkanisch-tektonischen Achse des inneren Grabens des NKR zu kartieren und deren Versatzbeträge zu bestimmen. Mithilfe von vorhandenen Geochronologiedaten der deformierten vulkanischen Einheiten sowie in dieser Arbeit erstellten ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Datierungen werden zeitlich gemittelte Extensionsraten berechnet. Die Auswertungen zeigen, dass im inneren Graben des NKR die langfristige Extensionsrate für mittelpleistozäne bis rezente Störungen Mindestwerte von 1,0 bis 1,6 mm yr⁻¹ aufweist und lokal allerdings auch Werte bis zu 2,0 mm yr⁻¹ existieren. In Anbetracht der nahezu inaktiven Randstörungen des NKR zeigt sich somit, dass sich die Extension auf die Region der aktiven vulkanisch-tektonischen Achse im inneren Graben konzentriert und somit ein fortgeschrittenes Stadium kontinentaler Extensionsprozesse im NKR vorliegt.

In dieser Arbeit wird diese räumlich fokussierte Extension zudem im Rahmen einer Störungsanalyse der jüngsten vulkanischen Erscheinungen des Kenia-Rifts betrachtet. Die Arbeit analysiert mithilfe von Geländekartierungen und eines auf Luftbildern basierenden Geländemodells die Störungscharakteristika der etwa 36 tausend Jahre alten Menengai-Kaldera und der umliegenden Gebiete im zentralen Kenia-Rift. Im Allgemeinen sind die holozänen Störungen innerhalb des Rifts reine, NNO-streichende Abschiebungen, die somit das gegenwärtige tektonische Spannungsfeld wiederspiegeln; innerhalb der Menengai-Kaldera sind die jungen Strukturen jedoch von andauernder magmatischer Aktivität und von Aufdomung überprägt. Die Kaldera befindet sich im Zentrum eines sich aktiv dehnenden Riftsegments und zusammen mit den anderen quartären Vulkanen des Kenia-Rifts lassen sich diese Bereiche als Kernpunkte der extensionalen Störungsaktivität verstehen, die letztlich zu einer weiter entwickelten Phase magmengestützter Kontinentalseparation führen werden.

Die bereits seit dem Tertiär andauernde Störungsaktivität im Kenia-Rift führt zur Zergliederung der größeren Rift-Senken in kleinere Segmente und beeinflusst die Sedimentologie und die Hydrologie dieser Riftbecken. Gegenwärtig sind die meisten, durch Störungen begrenzten Becken des Kenia-Rifts hydrologisch isoliert, sie waren aber während feuchter Klimaphasen hydrologisch miteinander verbunden; in dieser Arbeit untersuche ich deshalb auch diese hydrologische Verbindung der Rift-Becken für die Zeit der Afrikanischen Feuchteperiode des frühen Holozäns. Mithilfe der Analyse von digitalen Geländemodellen, unter Berücksichtigung von geomorphologischen Anzeigern für Seespiegelhochstände, Radiokarbondatierungen und einer Übersicht über Fossiliendaten konnten zwei kaskadierende Flusssysteme aus diesen Daten abgeleitet werden: eine Flusskaskade in Richtung Süden und eine in Richtung Norden. Beide Kaskaden haben die derzeit isolierten Becken während des frühen Holozäns durch überlaufende Seen und eingeschnittene Schluchten miteinander verbunden. Diese hydrologische Verbindung führte zu der Ausbreitung aquatischer Fauna entlang des Rifts, und gleichzeitig stellte die Wasserscheide zwischen den beiden Flusssystemen den einzigen terrestrischen Ausbreitungskorridor dar, der eine Überquerung des Kenia-Rifts ermöglichte. Diese tektonisch-geomorphologische Rekonstruktion erklärt die heute isolierten Vorkommen nilotischer Fischarten in den Riftseen Kenias sowie die isolierten Vorkommen Guineo-Congolischer Säugetiere in Wäldern östlich des Kenia-Rifts, die sich über die Wasserscheide im Kenia-Rift ausbreiten konnten.

Auf längeren Zeitskalen sind solche Phasen hydrologischer Verbindung und Phasen der Isolation wiederholt aufgetreten und zeigen sich in wechselnden paläoökologischen Indikatoren in Sedimentbohrkernen. Hier stelle ich einen Sedimentbohrkern aus dem Koora-Becken des Südlichen Kenia-Rifts vor, der einen Datensatz der Paläo-Umweltbedingungen der letzten 1 Million Jahre beinhaltet. Dieser Datensatz zeigt, dass etwa vor 400 tausend Jahren die zuvor relativ stabilen Umweltbedingungen zum Erliegen kamen und tektonische, hydrologische und ökologische Veränderungen dazu führten, dass die Wasserverfügbarkeit, die Grasland-Vergesellschaftungen und die Bedeckung durch Baumvegetation zunehmend stärkeren und häufigeren Schwankungen unterlagen. Diese großen Veränderungen fallen zeitlich mit Phasen zusammen, in denen das südliche Becken des Kenia-Rifts von vulkanischer und tektonischer Aktivität besonders betroffen war. Die vorliegende Arbeit zeigt deshalb deutlich, inwiefern die tektonischen und geomorphologischen Gegebenheiten im Zuge einer zeitlich langanhaltenden Extension die Hydrologie, die Paläo-Umweltbedingungen sowie die Biodiversität einer Riftzone beeinflussen können.
N2  - Magmatic continental rifts often constitute the earliest stage of nascent plate boundaries. These extensional tectonic provinces are characterized by ubiquitous normal faulting and volcanic activity; the spatial pattern, the geometry, and the age of these normal faults can help to unravel the spatiotemporal relationships between extensional deformation, magmatism, and long-wavelength crustal deformation of continental rift provinces. This study focuses on the active faulting in the Kenya Rift of the Cenozoic East African Rift System (EARS) with a focus on the mid-Pleistocene to the present-day.

To examine the early stages of continental break-up in the EARS, this thesis presents a time-averaged minimum extension rate for the inner graben of the Northern Kenya Rift (NKR) for the last 0.5 m.y. Using the TanDEM-X digital elevation model, fault-scarp geometries and associated throws are determined across the volcano-tectonic axis of the inner graben of the NKR. By integrating existing geochronology of faulted units with new ⁴⁰Ar/³⁹Ar radioisotopic dates, time-averaged extension rates are calculated. This study reveals that in the inner graben of the NKR, the long-term extension rate based on mid-Pleistocene to recent brittle deformation has minimum values of 1.0 to 1.6 mm yr⁻¹, locally with values up to 2.0 mm yr⁻¹. In light of virtually inactive border faults of the NKR, we show that extension is focused in the region of the active volcano-tectonic axis in the inner graben, thus highlighting the maturing of continental rifting in the NKR.

The phenomenon of focused extension is further investigated with a structural analysis of the youngest volcanic manifestations of the Kenya Rift, their relationship with extensional structures, and their overprint by Holocene faulting. In this context I analyzed the fault characteristics at the ~36 ka old Menengai Caldera and adjacent areas in the Central Kenya Rift using detailed field mapping and a structure-from-motion-based DEM generated from UAV data. In general, the Holocene intra-rift normal faults are dip-slip faults which strike NNE and thus reflect the present-day tectonic stress field; however, inside Menengai caldera persistent magmatic activity and magmatic resurgence overprints these young structures significantly. The caldera is located at the center of an actively extending rift segment and this and the other volcanic edifices of the Kenya Rift may constitute nucleation points of faulting an magmatic extensional processes that ultimately lead into a future stage of magma-assisted rifting.

When viewed at the scale of the entire Kenya Rift the protracted normal faulting in this region compartmentalizes the larger rift depressions, and influences the sedimentology and the hydrology of the intra-rift basins at a scale of less than 100 km. In the present day, most of the fault-bounded sub-basins of the Kenya Rift are hydrologically isolated due to this combination of faulting and magmatic activity that has generated efficient hydrological barriers that maintain these basins as semi-independent geomorphic entities. This isolation, however, was overcome during wetter climatic conditions during the past when the basins were transiently connected. I therefore also investigated the hydrological connectivity of the rift basins during the African Humid Period of the early Holocene, when climate was wetter. With the help of DEM analysis, lake-highstand indicators, radiocarbon dating, and a review of the fossil record, two lake-river-cascades could be identified: one directed southward, and one directed northward. Both cascades connected presently isolated rift basins during the early Holocene via spillovers of lakes and incised river gorges. This hydrological connection fostered the dispersal of aquatic faunas along the rift, and in addition, the water divide between the two river systems represented the only terrestrial dispersal corridor across the Kenya Rift. The reconstruction explains isolated distributions of Nilotic fish species in Kenya Rift lakes and of Guineo-Congolian mammal species in forests east of the Kenya Rift. On longer timescales, repeated episodes of connectivity and isolation must have occurred. To address this problem I participated in research to analyze a sediment drill core from the Koora basin of the Southern Kenya Rift, which provides a paleo-environmental record of the last 1 Ma. Based on this record it can be concluded that at ~400 ka relatively stable environmental conditions were disrupted by tectonic, hydrological, and ecological changes, resulting in increasingly large and frequent fluctuations in water availability, grassland communities, and woody plant cover. The major environmental shifts reflected in the drill core data coincide with phases where volcano-tectonic activity affected the basin. This thesis therefore shows how protracted extensional tectonic processes and the resulting geomorphologic conditions can affect the hydrology, the paleo-environment and the biodiversity of extensional zones in Kenya and elsewhere.
KW  - Tektonik
KW  - tectonics
KW  - Ostafrikanisches Rift
KW  - East African Rift
KW  - Biodiversität
KW  - biodiversity
KW  - Paläoökologie
KW  - paleoecology
KW  - Kenia
KW  - Kenya
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-538552
ER  -