Die Assemblierung und Stabilität ökologischer Gemeinschaften und Netzwerke

Tropische Regenwälder sind durch Abholzung bedroht. Sie können jedoch auf ehemaligen landwirtschaftlich genutzten Flächen nachwachsen. Störungen zu tolerieren und wesentliche Funktionen aufrecht zu erhalten sowie sich nach einer Störung schnell zu regenerieren, sind wesentliche Aspekte der Stabilität von Ökosystemeigenschaften. Die vorliegende Arbeit untersucht mittels theoretischer und empirischer Methoden die Stabilität und den Wiederaufbau (die Assemblierung) von ökologischen Gemeinschaften und Interaktionsnetzwerken zwischen Arten. Ein Fokus liegt auf mutualistischen Interaktionen, bei denen interagierende Arten beidseitig von der Interaktion profitieren, wie beispielsweise bei Pflanzen-Bestäuber-Netzwerken. Im ersten Projekt wird der Einfluss struktureller Eigenschaften von Pflanzen-Bestäuber-Netzwerken auf deren dynamische Stabilität (die Fähigkeit nach einer Störung in den Gleichgewichtszustand zurückzukehren) untersucht. Es wird gezeigt, dass die Komplexität (ein Maß für die Zahl an Arten und Verbindungen im Netzwerk) die dynamische Stabilität erhöht, die Nestedness (der Nischenüberlapp interagierender Arten) jedoch nicht. Das zweite Projekt befasst sich mit der Assemblierung mutualistischer Netzwerke. Der Fokus liegt auf dem Einfluss von Arten, die nur schwach von ihrem mutualistischen Partner im regenerierenden Habitat abhängen. Es wird gezeigt, dass diese Mutualisten die Geschwindigkeit und Vorhersagbarkeit der Assemblierung erhöhen. Im dritten Projekt wird die Resistenz (Wiederstandsfähigkeit gegenüber einer Störung), die Resilienz (Geschwindigkeit der Erholung) und die Regenerationszeit von 16 Organismengruppen in einem tropischen Regenwaldökosystem, das durch Abholzung zerstört wurde, errechnet. Es wird gezeigt, dass die Abundanz, Artenvielfalt und Artenzusammensetzung aller untersuchten Gruppen (außer Bakterien) innerhalb von 200 Jahren regeneriert. Zudem regenerieren mutualistisch interagierende Tiergruppen schneller als Bäume. Die Artenzusammensetzung benötigt länger für die Regeneration als die Artenvielfalt und Abundanz und die Resilienz beeinflusst die Regenerationszeit stärker als die Resistenz. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen die Wichtigkeit mutualistischer Netzwerke für die Stabilität und Regenerationsfähigkeit von biodiversen Ökosystemen wie Regenwäldern und weisen darauf hin, dass der Schutz dieser Netzwerke daher essentiell ist.

Tropical rainforests are destroyed at high rates across the globe but they can recover on abandoned agricultural land. The ability to tolerate and recover quickly from perturbations and maintain essential functions are relevant aspects of the stability of an ecosystem property. This work investigates the stability and assembly of ecological communities and species interaction networks using theoretical and empirical methods. A focus lies on mutualistic interactions, in which both interacting partners benefit from the interaction, such as in plant-pollinator networks. The first project deals with the influence of structural properties of plant-pollinator networks on dynamical stability (the ability to return to the steady state after disturbance). It is shown that complexity (the species diversity times the connectance) enhances stability, while nestedness (the niche overlap of interacting species) does not. The second project investigates the speed and predictability of mutualistic network assembly. A focus of this research is on species that only weakly depend on their mutualistic partner in the recovering habitat. It is shown that these mutualists increase assembly speed and predictability. In the third project, the resistance (the ability to tolerate perturbations), the resilience (the rate of recovery) and the recovery time of 16 organism groups are calculated for a tropical rainforest ecosystem, which was destroyed due to deforestation. It is shown that abundance, species diversity and species composition of all investigated groups (but bacteria) recover within 200 years. It is furthermore shown that mutualistically interacting animal groups recover faster than trees, that the species composition takes longer to recover than species diversity and abundance and that resilience is more important for variation in recovery times across taxa than resistance. The results of this work show the importance of mutualistic networks for the stability and ability to recover of biodiverse ecosystems such as tropical rainforests. Conservation of these networks is therefore essential.