This work aims to understand the biogeographic and biodiversity dynamics driven by Plio-Pleistocene dry/humid climatic cycles in the Sahara-Sahel desert. The main objectives are to test: i) climate-induced allopatric speciation as the main diversification agent; ii) biodiversity refugia and dispersal corridors; iii) relationships between genetic diversity and environmental-dependent taxa persistence in refugia. I examine whether genetic/spatial isolation is strong in low dispersal ability taxa, and whether taxa-specific habitat requirements are related to distinct spatial/temporal locations of refugia and of dispersal corridor dynamics. I integrate distribution, climate, and genetic data from greater than 30 co-distributed taxa with different dispersal abilities and habitat traits. I compare predicted refugia by genetic variability and species distribution modelling, while controlling for taxa-specific dispersal and habitat traits.
Vier Fragestellungen stehen hierbei im Mittelpunkt: 1) Wie setzt sich die Vegetation im extrem trockenen Kernbereich der Atacama zusammen und welchen räumlichen und zeitlichen Schwankungen ist sie unterlegen? 2) Erfolgte die Besiedlung und Diversifizierung korreliert mit klimatischen und geologischen Ereignissen, welche als Ursache für die Aridität der Atacama zu sehen sind? 3) Sind diversifizierte Pflanzengruppen in der Atacama das Produkt einer einmaligen oder mehrmaligen Kolonisierung? 4) Spiegelt sich die Fragmentierung ausgewählter Arten in der Atacama in der genetischen Diversität wider oder wird diese positiv durch die Samenbank bzw. Ausbreitungsereignisse beeinflusst. Um diese Fragen zu beantworten, schlagen wir eine Kombination floristischer und molekularbiologischer Methoden vor: floristische Aufnahmen, ex-situ Kultivierung, molekulare Phylogenien ausgewählter und artenreicher Atacama Gruppen, sowie Populationsgenetik von Modelarten.
Diversität ist eine wichtige Voraussetzung für Adaptation an Umweltveränderungen. Biodiversität auf allen Ebenen (Allele, Arten, Interaktionen) ist wichtig für die Funktion und Stabilität von Ökosystemen, weil Diversität auch Redundanz bedeutet und damit die Möglichkeit ausgestorbene Arten/Genotypen auszutauschen. Individuelle Merkmalsausprägungen und phänotypische Plastizität können ebenfalls zur Stabilisierung von Ökosystemen beitragen, weil sie Populationsgrößenschwankungen abpuffern und so lokale Aussterbeereignisse verhindern. In jüngere Zeit nimmt die Biodiversität dramatisch ab, während massive Störungen von Ökosystemen immer häufiger und immer heftiger auftreten. Uns interessiert daher, wie individuelle Merkmalsausprägungen und phänotypische Plastizität sich auf die genetische Diversität einer Population und auf eine Räuber-Beute Interaktion auswirken und welche potentiellen Auswirkungen das auf die Stabilität des Ökosystems hat. Zwei Hypothesen werden betrachtet:(I) Phänotypische Plastizität (trait variation) kann die Biodiversität erhöhen, da sie eine bessere Nischenausnutzung erlaubt.(II) Phänotypische Plastizität (trait variation) kann die Biodiversität verringern, da sie den plastischen Organismen ermöglicht verschiedene Nischen zu besetzen anstatt zur Spezialisierung verschiedener Genotypen zu führen. Zusätzlich werden wir testen welchen Einfluss abiotische Stressoren auf diese Interaktionen haben. Wir verwenden in unschweren Versuchen das Räuber-Beute Modellsystem Daphnia pulex und Chaoborus Larven in einem zweiteiligen Versuchsansatz: 1) Wir werden Mesocosmen Experimente durchführen, bei denen wir den Einfluss diverser Stressoren (Predation, erhöhte Temperaturen, erhöhte CO2 Werte) auf die genetische Diversität einer Daphnia Population testen. Die Daphnia Population wird aus 10 verschiedenen Klonen bestehen, die unterschiedlich plastisch auf Räuberkairomon reagieren. Die Populationen werden einem biotischen Stressor (Invertebraten-Räuber) und zwei abiotischen Stressoren (erhöhte CO2 Werte und erhöhte Temperaturen), die direkt auf anthropogene Einflüsse zurück gehen, ausgesetzt. Wir werden die klonale Diversität der Beuteart und die Performance der Räuber untersuchen.2) Im zweiten Versuchsteil werden wir mit Modellierungen Feedback loops über Beutediversität und Phänotyp/Genotyp Interaktion und Überlebenskapazitäten unter verschiedenen Umweltbedingungen untersuchen. Mit diesem integrativen Versuchsansatz werden wir ein tiefergehendes Verständnis der Effekte von individueller Merkmalsausprägung und phänotypischer Plastizität auf die klonale Diversität von Populationen erzielen. Die Ergebnisse werden uns helfen besser einzuschätzen, wie diese Merkmale die Ökosystemfunktion und -stabilität beeinflussen.
(1) Terrestrische Biota der Antarktis sind durch geografische Isolation und inselhafte Verteilung geprägt. Die isolierte Lage der Antarktis und die Beschränkung auf weit voneinander entfernte kleine Habitatflecken haben zu einem hohen Endemiten-Anteil und einer starken Regionalisierung der Fauna und Flora geführt. Genetische Differenzierung, lokale Anpassung und die Evolution kryptischer Arten sind die Folge. Die Biodiversitäts-Konvention (CBD) betrachtet genetische Diversität als einen Eckpfeiler biologischer Vielfalt und stellt sie damit in eine Reihe mit der Diversität von Arten und Ökosystemen. Durch Einschleppung ortsfremder Arten und Homogenisierung bislang getrennter Genpools bedroht der Mensch jedoch zunehmend diese Isolation und genetische Differenzierung vieler antarktischer Biota. (2) Obwohl Flechten als wichtigste Primärproduzenten antarktische terrestrische Lebensräume dominieren, fehlen zurzeit Daten zu ihrer genetischen Struktur und Diversität. Der Umfang inter- und intrakontinentalen Genflusses ist bisher völlig unbekannt. Es ist deswegen derzeit unmöglich, den aktuellen und zukünftigen menschlichen Einfluss auf antarktische Flechtenpopulationen auch nur annähernd abzuschätzen.(3) Wir schlagen vor, mittels molekulargenetischer Daten die populationsgenetische Struktur von sechs weit verbreiteten Flechtenarten mit unterschiedlichen Ausbreitungsstrategien zu untersuchen. Dabei soll die Nullhypothese überprüft werden, dass Flechtenpopulationen genetisch nicht differenziert sind. Zusätzlich wollen wir abschätzen, ob menschliche Aktivitäten zur Einschleppung ortsfremder Arten oder Genotypen und zur Homogenisierung von Genpools beitragen. Hierfür sollen Lokalitäten mit hohem und niedrigem menschlichen Einfluss verglichen werden. Das Projekt schafft damit unverzichtbare Grunddaten für die Entwicklung von Schutzstrategien in der Antarktis.