Ökosysteme auf der ganzen Welt sind derzeit dramatischen Umweltveränderungen ausgesetzt. Die unmittelbare Folge davon sind erhöhte Aussterberaten. Nahrungsnetze, also Netzwerke von Räuber-Beute-Interaktionen, tragen zu einem grundlegenden Verständnis von Ökosystemen bei und unterstützen so die Identifizierung von sinnvollen Umweltschutzsmaßnahmen.

In dieser Arbeit untersuche ich evolutionäre Meta-Nahrungsnetze, also evolutionäre Netzwerke von Netzwerken. Die äußeren Netzwerke repräsentieren dabei fragmentierte Landschaften von mehreren Habitaten. Die inneren Netzwerke beschreiben lokalisierte Nahrungsnetze auf diesen Habitaten. Neue Spezies entstehen als Modifikationen von bereits extistierenden Spezies und die Populationsdynamik beschreibt, ob eine Spezies lebensfähig ist und wie sie mit anderen interagiert. Außerdem sind die Spezies in der Lage zwischen den Habitaten zu migrieren. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten, die sich entweder auf räumliche oder auf evolutionäre Aspekte konzentrieren, berücksichtige ich beide und untersuche deren Zusammenspiel.

Ich benutze zwei verschiedene Modelle für die Beschreibung der lokalen Dynamik. Das erste Modell wurde 2005 von Loeuille and Loreau vorgestellt [1]. Es charakterisiert eine Spezies ausschließlich durch ihre mittlere adulte Körpergröße. Die entstehenden Netzwerke zeigen eine regelmäßige Struktur und sind bemerkenswert stabil. Meine Untersuchung diverser Modellvarianten zeigt, dass ein Modell zwei Bedingungen erfüllen muss um realistischere Netzwerke zu generieren. Einerseits muss eine Spezies durch mehr als eine Eigenschaft beschrieben werden und andererseits muss jede Eigenschaft auf einen realistischen Bereich beschränkt werden.

Basierend auf diesen Ergebnissen stelle ich ein neues Modell vor. Es ist weniger abstrakt als frühere Modelle, da alle Spezieseigenschaften eine klare biologische Bedeutung haben. Die Spezies werden durch ihre mittlere adulte Körpergröße, die Körpergröße ihrer bevorzugten Beute und die Breite ihres Beutespektrums charakterisiert. Die entstehenden Netzwerke zeigen viele unterschiedliche Strukturen von unterschiedlicher Größe und haben ein hohes Maß an Ähnlichkeit mit empirischen Daten. Die Artenzusammensetzung ändert sich ständig. Allerdings werden keine großen Aussterbelawinen, in denen mehr als 50% der Spezies aussterben, beobachtet. Dies legt die Schlussfolgerung nahe, dass solche Massenaussterbeereignisse in der Erdgeschichte externe Auslöser hatten.

Wenn man das Modell von Loeuille und Loreau auf mehrere Habitate erweitert, dann zeigen sich Ergebnisse, die bereits aus anderen Studien ohne Evolution bekannt sind. Erweitert man stattdessen das neue Modell um die räumliche Dimension, so ergibt sich ein viel breiteres Spektrum an Phänomenen. Indem ich die Migrationstärke, die Migrationsart und die räumliche Topologie variiere, zeige ich, dass die Kombination aus räumlichen und evolutionären Aspekten die Netzwerkstruktur und die Netzwerkstabilität anders beeinflusst als sie es einzeln tun würden. Erst das Zusammenspiel liefert neue Erkenntnisse darüber, welche Faktoren Ökosysteme trotz ständiger Änderung der Artenzusammensetzung oder der räumlichen Umgebung stabilisieren.