Adam Kocsis

Weltweit sind marine Lebewesen durch den derzeitigen Klimawandel bedroht, wobei nicht nur lokale, sondern auch weltweite Aussterbeereignisse als wahrscheinlich gelten. Wie Studien vermutenlassen, reagieren Arten auf die Erderwärmung durch eine Neuordnung ihrer Verbreitungsmuster. Hierbei folgen marine Lebewesen den Isothermen ihrer jeweiligen Temperaturnische, wodurch besonders Arten in äquatorialenRegionen akut vom regionalen Aussterben bedroht sind. Allerdings sind geographische Vorhersagemodelle für Aussterbeereignisse zurzeit nicht vorhanden, obwohl es unser Wissen über vergangene Massenaussterben erlaubenwürde, diese zu modellieren. Um Massenaussterben in der Erdgeschichte zu erklären, werden für gewöhnlich räumliche Verbreitungsmuster der Aussterbeereignisse von Arten herangezogen. Der Zusammenhangzwischen diesen Ereignissen und Erderwärmung wird allerdings nur vermutet oder durch hypothetische Gedankenspiele hergestellt. Bedeutend besser geeignet wären aber Modelle, die die Oberflächengestalt der Erde,stochastische Prozesse und die Artenvielfalt mit einbeziehen.

Projekt SPex soll genau hier ansetzen, indem Aussterbeereignisse simuliert werden. Die zugrundeliegende Hypothese hierfür lautet, dass übermäßige Klimaerwärmungzu ausgeprägten räumlichen Verbreitungsmustern von Aussterbeereignissen führt, wobei insbesondere die äquatorialen Regionen betroffen sind. Um diese und weitere Hypothesen zu testen, werde ich ein leistungsfähigesModell auf der Basis von zellulären Automaten entwickeln, um Verbreitungsmuster von Arten zu berechnen. Die Reaktionen von Lebewesen auf die Erwärmung werden hierbei dem Grundsatz ,,vom Einfachen zum Komplexen“folgend simuliert: Zuerst werden ausschließlich vorbestimmte, theoretische Vorgaben verwendet, um diese dann im Folgenden mit echten Daten aus klimabedingten Massenaussterben aus der Erdgeschichte zu ersetzen.

Die zellulären Automaten erlauben es hierbei vorgegebene Temperaturnischen zur Begrenzung von Artenverbreitungen zu verwenden. Andere Einflussvariablen werden als Zufallsprozesse modelliert,die die räumlichen Verbreitungsgebiete von Tausenden von virtuellen Arten begrenzen oder vergrößern. Um das Modell mit entsprechenden Daten füttern zu können, werden sowohl moderne und fossile biotischeDaten als auch plattentektonische Rekonstruktionen und Zirkulationsmodelle verwendet. Abiotische Daten, im Gegenzug, werden mit eingebunden um extreme Erwärmungsphasen zu rekonstruieren, wie es sie mehrmals in der Erdgeschichtegab.

Verbreitungen von zukünftigen Aussterbeereignissen werden berechnet, indem modellierte abiotische Parameter für über RCP8.5 hinausgehende, vereinfachte Szenarien verwendetwerden. Diesen simulierten Verbreitungsmuster werden dann fossile Verbreitungsmuster für tatsächliche Aussterbe- und Invasionsevents gegenübergestellt. Dementsprechend zielt das Projekt darauf ab, vergangeneMassenaussterben mit zukünftigen Umweltentwicklungen zu verknüpfen.

Sowohl in rezenten auch als in fossilen Ökosystemen ist es eine große Herausforderung die geographische Struktur von Biodiversität zu charakterisieren und zu verstehen.Derzeit werden sehr unterschiedliche Ansätze verwendet um biogeographische Einheiten zu definieren, die in extrem verschiedenen Mustern resultieren. Ich beantrage ein zweijähriges Projekt, in dem ich versuche biogeographischeEinheiten mit Hilfe von quantitativen Methoden an organismischen Nachweisdaten im marinen Bereich objektiv festzulegen. Die so definierten Einheiten werden es erstmals erlauben, die Beta-Diversität zwischen den Einheiten über längere Zeiträume zu erfassen und damit ein Maß für die Entwicklung des Provinzialismus über die Zeit zu erhalten. Damit können wichtige makroevolutionäre Hypothesen getestet werden,wie zum Beispiel: der marine Provinzialismus war maßbeglich durch die die Kontinentalkonfiguration determiniert, oder, die Beta-Diversität war im Gefolge von Massenaussterben stark herabgesetzt. Das Projekt zieltauf die Entwicklung von Methoden ab, die mit simulierten Daten rigoros getestet werden. Vier aufeinander aufbauende Projektphasen sind geplant. Die Untersuchungen beginnen mit der Analyse von biogeographischen Mustern imheutigen Ozean, gefolgt von gut beprobten fossilen Zeitscheiben. Anschließend werden über die Zeit verfolgbare biogeographische Einheiten erfasst, mit denen die biogeogeographische Struktur mariner Ökosystemereproduzierbar partitioniert werden können.