Da unser Planet aufgrund des Klimawandels erhebliche Veränderungen durchmacht, werden Lebensräume verändert, entstehen, verschwinden oder verändern sich in ihrer Qualität. Es ist von großer Bedeutung, die Auswirkungen dieser Veränderungen auf die geografische Verteilung der Arten zu verstehen. Die schrumpfenden Verbreitungsgebiete geschützter Organismen und die zunehmenden Verbreitungsgebiete schädlicher Arten wie Schädlinge und Krankheitserreger verdeutlichen die dringende Notwendigkeit, die Verbreitungsbewegungen genau zu überwachen.
Diese Aufgabe stellt jedoch eine Herausforderung dar, da die verfügbare Beobachtungszeit im Vergleich zur Geschwindigkeit der zugrunde liegenden Populationsprozesse oft kurz ist, was es schwierig macht, zwischen Richtungsverschiebungen und zufälligen Fluktuationen zu unterscheiden.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Beáta Oborny von der Loránd-Eötvös-Universität und dem Zentrum für ökologische Forschung in Budapest eine neuartige Methode zur Überwachung von Verbreitungsverschiebungen entwickelt. Ziel des Teams war es, die Verbreitungsgrenzen präzise und konsistent abzugrenzen, um Vergleiche zwischen verschiedenen Jahren, geografischen Standorten und Arten zu ermöglichen.
Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Ökographie.
Die genaue Abgrenzung von Bereichsrändern ist keine triviale Aufgabe, da sie häufig komplexe Muster aufweisen. Besetzte Halbinseln wechseln sich mit unbewohnten Buchten ab, und vereinzelte Vorkommen prägen die Landschaft. Während traditionelle Methoden auf den äußersten Vorkommen einer Art basieren, schlagen Oborny und ihre Kollegen einen anderen Ansatz vor.
Sie schlagen vor, den Verbreitungsrand an der Grenze zwischen verbundenen und fragmentierten Vorkommen zu markieren, die als „Hülle“ bekannt ist. Indem die Forscher die durchschnittliche Position des Rumpfes, die „Konnektivitätsgrenze“, über die Zeit markieren, bieten sie eine statistisch zuverlässigere Methode an. Diese Region weist eine höhere Bevölkerungsdichte und geringere Schwankungen auf, was die Robustheit des Ansatzes erhöht.
Oborny und ihre Kollegen untersuchten die Mustererzeugungsmechanismen anhand räumlich expliziter Modelle. Im Gegensatz zu früheren Ansätzen, die auf allgemeinen raumstatistischen Methoden basieren, nutzt ihr neuer Ansatz das Wissen über die Mechanismen, die die Entstehung dieser Muster steuern: Geburt, Ausbreitung und Tod innerhalb von Populationen. Durch Computersimulationen entlang von Umweltgradienten (z. B. Hügeln) erkundete das Team die Konnektivitätsgrenzen verschiedener Artenarten.
Bemerkenswerterweise entdeckten sie, dass der Rumpf eine robuste fraktale Struktur mit einer Dimension von 7/4 aufwies. Weitere Untersuchungen von Beáta Oborny und Dániel Zimmermann bestätigten, dass diese fraktale Struktur konsistent blieb, unabhängig davon, ob das Verbreitungsgebiet im Vergleich zur Generationszeit schnell vorrückte oder sich zurückzog. Insbesondere erwies sich die Methode als besonders robust am sich zurückziehenden (hinteren) Rand von Artenverbänden.
Diese Ergebnisse unterstreichen die Anwendbarkeit des Konnektivitätslimits bei der Verfolgung von Reichweitenverschiebungen in verschiedenen geografischen Szenarien und ermöglichen eine globale Perspektive auf diese Veränderungen. Die Methode ermöglicht beispielsweise den Vergleich von Baumgrenzen in verschiedenen Bergen, selbst wenn diese aus unterschiedlichen Arten bestehen, und nutzt dabei universelle Skalierungsgesetze.
Die in dieser Studie aufgedeckten universellen Merkmale finden ihre Erklärung in der Perkolationstheorie, einem Forschungsgebiet der statistischen Physik. Dies veranschaulicht die Kraft des Wissenstransfers zwischen scheinbar unterschiedlichen wissenschaftlichen Disziplinen.
Die aus diesen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse vertiefen unser Verständnis des komplexen Zusammenhangs zwischen Umweltveränderungen und Artenverteilungen. Während Wissenschaftler diese Methode weiter verfeinern und validieren, hat sie das Potenzial, zu fundierteren Bewertungen von Veränderungen der biologischen Vielfalt beizutragen und wirksame Schutzstrategien zu unterstützen.
Mehr Informationen:
Beáta Oborny et al, Vorrückende und sich zurückziehende Fronten in einem sich verändernden Klima: ein Perkolationsmodell von Reichweitenverschiebungen, Ökographie (2023). DOI: 10.1111/ecog.06645
Bereitgestellt vom Institut für Aquatische Ökologie, Zentrum für ökologische Forschung