Meta-Gemeinschaften und epibenthische Biodiversität

Das Verständnis der Biodiversität ist ein zentrales Thema der Gemeinschaftsökologie. Wie Biodiverstität reguliert wird und wie Biodiversität Ökosysteme beeinflusst, ist allerdings noch relativ unbekannt, besonders für aquatische Lebensräume zu und noch mehr für benthische Gemeinschaften trifft. Allerdings ist es mittlerweile klar geworden, dass Populationen, die in miteinander verbundenen Flächen vorkommen (Meta-Populationen, oder auf der Gemeinschaftsebene, Meta-Gemeinschaften) eine Schlüsselrolle für die Stabilität der Populationen, die sonst aussterben würden, spielen können. Das vorgeschlagene Projekt wird ein mikrobielles Modelsystem benutzen, bestehend aus benthischen Algen, Ciliaten, heterotrophen Flagellaten und Bakterien, um die Interaktion der Dynamik der Meta-Gemeinschaften mit dem Einfluss von Fraßdruck und von Störung zu untersuchen. Aquatischen mikrobiellen Gemeinschaften hat als Modelsystem den Vorteil, dass die Experimente mit viel mehr Generationen, und mit mehr experimentellen Manipulationen als bei vergleichbaren terrestrischen Experimenten durchgeführt werden können. Die folgenden Hypothesen sollen getestet werden: (1) durch die Existenz von Meta-Gemeinschaften können konkurrierende Arten koexistieren, wobei die höchste Biodiversität bei mittlerer Menge der Verbindungen erreicht wird; (2) der Fraßdruck von Generalisten als Räubern wird Biodiversität reduzieren, aber in Verbindung mit Meta- Gemeinschaften wird Raub die Biodiverstität erhöhen; und (3) Störung wird die Biodiversität erhöhen, aber nur wenn die Störung auf der lokale und nicht die regionale Ebene vorkommt. Die Untersuchungen werden im Labor mit Modell-Gemeinschaften durchgeführt. Beuteorganismen werden Algen, heterotrophe Flagellaten und Bakterien, und die konkurrierenden Konsumenten epibenthische Ciliaten sein. Wasserbecken, in die mit Algen, Ciliaten, Flagellaten und Bakterien bewachsene Kacheln platziert werden, werden mit Schläuchen verbunden, um einen Multi-Flächen Lebensraum zu bauen. Drei Typen von Experimenten sind geplant: I) Konkurrenz-Verbreitungsexperimente werden mit Gruppen von Becken, die unterschiedliche Anzahlen und Längen der Verbindungen haben, durchgeführt. II) Räuber-Beute Experimente werden mit Ciliaten als Beute, Becken mit einer mittleren Verbindungsstärke und der Manipulation von An- und Abwesenheit eines meiobenthischen Räubers durchgeführt. Andere Experimente werden kontrollieren, wie stark der Räuber sich verbreiten kann, unabhängig von der Verbreitungsrate der Beute. III) Störungsexperimente werden die Skale sowie der Frequenz der Störung (die Austausch von besiedelte mit unbesiedelte Kachlen) manipulieren. Die vorgeschlagenen Experimente werden das Verständnis vertiefen, wie die Konkurrenz, der Raub und die Störung aufeinander wirken wenn der Lebensraum "patchy" ist. Ferner, eine bessere Kenntnis der Rolle der räumlichen Heterogenität ist wesentlich, um bessere Kenntnisse über benthische mikrobielle Prozesse zu bekommen.

Mechanismen, die die Biodiversität von Lebensgemeinschaften erhöhen, sind nicht nur ein zentrales Thema der Gemeinschaftsökologie, sie sind auch von großer Bedeutung für die Naturschutzbiologie. Durch die Landnutzung des Menschen werden Lebensräume verändert und oftmals in kleine Fragmente zerteilt, mit negativen Folgen für die Biodiversität. Ob die Verbindung von solchen Fragmenten durch Korridore einen positiven Effekt auf Biodiversität hat, wurde in einer Reihe von Experimenten untersucht. Als Modellorganismen wurden gewässerbodenbewohnende Wimpertierchen verwendet. Diese kleinen Einzeller können aufgrund ihrer geringen Größe in kleinen, platzsparenden Versuchseinheiten (Mikrokosmen) gehalten werden, zudem sind aufgrund ihrer hohen Teilungsraten bereits innerhalb von einigen Wochen Effekte der Versuchsanordung sichtbar. Als Mikrokosmen dienten kleine, wassergefüllte Aquarien aus Plexiglas, deren Boden mit algenbewachsenen Fliesen als Substrat und Nahrungsquelle ausgelegt wurde. Je nach Versuchsanordnung wurden mehrere dieser Aquarien mit Hilfe von Silikonschläuchen zu einer sogenannten Meta-Gemeinschaft verbunden. Die lokalen Gemeinschaften standen dann durch aktive Wanderung der Wimpertierchen miteinander in Verbindung. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass die Verbindung von Gemeinschaften einen positiven Effekt auf die Diversität der lokalen Gemeinschaften hat. Im Unterschied zu isolierten Gemeinschaften konnten in verbundenen Gemeinschaften neue Arten aus den Nachbargemeinschaften einwandern. Eine entscheidende Rolle spielte dabei jedoch die Verbindungsstärke: Waren die lokalen Gemeinschaften durch sehr zahlreiche und kurze Korridore sehr eng miteinander verbunden, dann breitete sich die konkurrenzstärkste Art über die gesamte Meta-Gemeinschaft aus und verdrängte schwächere Konkurrenten aus der Gemeinschaft. Dadurch verringerte sich die Diversität der gesamten Meta-Gemeinschaft. In einem weiteren Experiment befand sich ein kleiner Ruderfußkrebs, ein effizienter Räuber der verwendeten Wimpertiere, in der Meta-Gemeinschaft. Wenn sich dieser Räuber ebenfalls durch die Korridore ausbreiten konnte, dann verringerte sich die Diversität der Beutegemeinschaft durch den starken Fraßdruck. In diesem Fall hatte Verbindung von Gemeinschaften also einen negativen Effekt auf Diversität. Störungen sind ein weiterer wichtiger Faktor, der Diversität beeinflusst. In einem Störungsexperiment wurde in regelmäßigen Abständen ein Teil der Tierchen aus der Meta-Gemeinschaft entfernt. Diese Störungen führten nur dann zu einem Verlust von Arten, wenn lokale Gemeinschaften vollständig zerstört wurden und die Tierchen aus Nachbargemeinschaften einwandern mussten. Störungen, die die gesamte Meta-Gemeinschaft betrafen, aber einen Teil jeder lokalen Gemeinschaft intakt ließen, veränderten hingegen nur die Dominanzstruktur der Gemeinschaft, führten aber nicht zu einem Aussterben von Arten.