title: Natürliche und anthropogene Dynamiken in mutualistischen Netzwerken
title: Natural and human-induced dynamics in plant–animal mutualistic networks
Creators: name: Albrecht, Jörg
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Bestäubung
human land-use
Interaktionsnetzwerke
Polen
plant-animal interaction
Ökosystemdienstleistung
mutualistic network
Tiere
Pflanze-Tier Interaktion
ecosystem service
Samenverbreitung
Białowieża
Mutualismus
Biodiversität
Biowissenschaften, Biologie
Pflanzen
Waldökos
Landnutzung

description: Interaktionen zwischen Arten sind
      ein essentieller Bestandteil ökologischer
      Lebensgemeinschaften, weil sie eng mit der Koevolution von
      Arten sowie mit der Organisation und der Funktionalität von
      Ökosystemen verbunden sind. Zusammengenommen bilden diese
      Interaktionen zwischen Arten komplexe und sehr dynamische
      Beziehungsgeflechte, sogenannte Interaktionsnetzwerke. Die
      Struktur dieser Netzwerke ändert sich aufgrund der räumlichen
      und zeitlichen Variabilität im gemeinsamen Vorkommen
      interagierender Arten und aufgrund der Zu- oder Abnahme
      einzelner Arten durch die Fragmentierung oder Degradierung
      natürlicher Lebensräume. Im letzten Urwaldrelikt des
      Europäischen Tieflands in Białowieża, Ostpolen, untersuchte
      ich natürliche und menschlich bedingte Dynamiken in hoch
      diversen mutualistischen Netzwerken aus Pflanzen und deren
      bestäubenden und samenausbreitenden Tieren. Diese
      mutualistischen Interaktionen sind von großer Bedeutung, da
      die Blüten und Früchte vieler Pflanzenarten wichtige
      Ressourcen für verschiedenste Tierarten darstellen, die
      ihrerseits entscheidend zur Regeneration von
      Pflanzengemeinschaften beitragen. Im Rahmen meiner Studien
      konnte ich zeigen, dass räumliche und zeitliche Variation im
      Vorkommen verschiedener Pflanzenarten bestimmte, inwiefern
      zeitgleich fruchtende Pflanzenarten um samenausbreitende
      Tiere konkurrieren oder sich gegenseitig in ihrer
      Ausbreitungsfähigkeit fördern. So wurden häufige
      Pflanzenarten seltener von Samenausbreitern besucht, wenn sie
      zeitgleich mit anderen Arten fruchteten. Seltene
      Pflanzenarten hingegen profitierten von der Präsenz anderer
      fruchtender Arten. Zudem waren Pflanzenarten mit einem
      ähnlichen Spektrum an samenausbreitenden Tierarten auch stark
      räumlich miteinander assoziiert. Diese Ergebnisse deuten an,
      dass ökologische Interaktionen sowohl die Organisation
      ökologischer Gemeinschaften als auch die Koexistenz von Arten
      beeinflussen. Desweiteren konnte ich zeigen, dass
      Veränderungen im Nahrungssuchverhalten der Samenausbreiter
      als Reaktion auf die Verfügbarkeit von Fruchtressourcen und
      Nahrungskonkurrenz durch andere Tiere einen starken Effekt
      auf die Struktur der Gemeinschaften hatten. So hatte
      beispielsweise verminderte Konkurrenz durch den Verlust von
      Waldspezialisten in genutzten Waldgebieten eine erhöhte
      Spezialisierung und eine Abnahme der Redundanz in den
      Beziehungen zwischen Pflanzen und deren Samenausbreitern zur
      Folge. Dies könnte das Anpassungspotential dieser
      Gemeinschaften gegenüber Umweltveränderungen einschränken.
      Ein Vergleich der mutualistischen Beziehungen zwischen
      Pflanzen und ihren Bestäubern und Samenausbreitern zeigte,
      auf welche Weise der biotische Kontext Landnutzungseffekte
      auf ökologische Gemeinschaften beeinflussen kann. So
      reagierte der Mutualismus zwischen Pflanzen und
      Samenausbreitern empfindlicher auf die Degradation des
      untersuchten Urwaldgebietes als der Mutualismus zwischen
      Pflanzen und Bestäubern. Dieses Ergebnis verdeutlicht, dass
      ein hohes Maß an Generalisierung, wie etwa im Mutualismus
      zwischen Pflanzen und Samenausbreitern, nicht
      notwendigerweise einen stabilen Puffer gegenüber einem
      Verlust von Arten bildet. Dies gilt insbesondere, wenn wenige
      Arten einen überproportionalen Effekt innerhalb einer
      Gemeinschaft haben, oder wenn bestimmte Arten besonders
      sensibel auf menschliche Störung reagieren. Darüber hinaus
      zeigen meine Studien, dass forstliche Nutzung von
      Urwaldgebieten korrelierte Effekte auf die Interaktionen der
      Pflanzen in beiden mutualistischen Beziehungen hatte:
      Pflanzenarten, die in genutzten Wäldern viele Samenausbreiter
      verloren, waren auch von einem Verlust an Bestäubern
      betroffen. Die Stärke dieser Landnutzungseffekte konnte
      anhand von Verschiebungen in der Häufigkeit einzelner
      Pflanzenarten in genutzten Waldgebieten mit einer
      Bestimmtheit von 40 bis 70% vorhergesagt werden. Das
      bedeutet, dass eine Änderung in der Populationsdichte einer
      einzigen Art ausreicht, um in einer Art Domino-Effekt die
      Interaktionen sowie die Populationen anderer Arten zu
      beeinflussen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Effekte
      von Landnutzung auf ökologische Gemeinschaften teilweise
      durch die Verfügbarkeit von pflanzlichen Nahrungsressourcen
      in genutzten Lebensräumen getrieben sind. Da natürliche und
      menschlich bedingte Dynamiken in mutualistischen
      Gemeinschaften ähnlichen Prinzipien zu folgen scheinen,
      könnte eine Berücksichtigung der Verfügbarkeit von Ressourcen
      in genutzten Lebensräumen genauere Vorhersagen über die
      Stärke von Landnutzungseffekten auf ökologische
      Gemeinschaften ermöglichen. Insgesamt deuten diese Ergebnisse
      an, dass Landnutzungseffekte auf Interaktionen zwischen Arten
      weitreichende Konsequenzen für die Funktionalität ganzer
      Ökosysteme haben könnten, da sie potentiell zu einem
      parallelen Verlust verschiedener ökosystemarer
      Dienstleistungen, wie etwa Bestäubung oder Samenausbreitung,
      führen können.
description: Species interactions are an
      integral part of ecological communities. Collectively, these
      interactions form complex and highly dynamic networks. The
      structure of these networks varies due to geographic and
      temporal variation in the abundance and co-occurrence of
      interacting species and due to species gains and losses after
      anthropogenic perturbation. In Europe’s last relict of
      old-growth lowland forest (Białowieża, Poland), I studied the
      outcomes of these natural and human-induced dynamics in
      highly diversified mutualistic networks of plants,
      pollinators and seed dispersers. These mutualistic
      interactions between plants and free-living animals are of
      great importance, as the flowers and fruits of many plant
      species are critical resources for a variety of animal
      species, which in turn contribute significantly to the
      regeneration of plant communities. As part of my studies, I
      was able to show that plant–animal mutualistic networks are
      highly dynamic systems that respond collectively to changing
      biotic context and human-induced perturbation. Observed
      shifts in facilitative and competitive interactions among
      plants sharing mutualistic partners show that biotic context
      is a strong determinant of the outcome of interspecific
      interactions. The use of network analyses, thereby, allowed
      me to identify some of the mechanisms that shape species
      interactions and their outcomes. For example, my studies show
      that a change in the population density of one species
      suffices to trigger cascading effects on the interactions and
      populations of other species. This finding highlights that
      species interactions may have a pervasive effect on the
      assembly and disassembly of ecological communities. Even more
      importantly, I could show that these community-wide dynamics
      were in all cases linked to consumer-resource relationships,
      which are key determinants of plant–animal mutualisms. Thus,
      changes in the foraging behaviour of animals in response to
      variation in the density of plant resources and competitors
      affected the structure of mutualistic communities. This
      underscores that despite the evolutionary conservatism in
      ecological interactions, biotic context determines to which
      extent these coevolved interactions are realized. The fact
      that the sharing of mutualistic partners among plant species
      was reflected in their co-occurrence demonstrates that the
      above-mentioned dynamics in ecological networks may also
      determine community assembly processes and species
      co-existence. Importantly, the comparison of several types of
      species interactions revealed how biotic context in its
      various forms can shape land-use effects on species
      interactions. I found that the mutualism between plants and
      seed dispersers was more susceptible to habitat degradation
      than the mutualism between plants and their pollinators. This
      finding highlights that a high degree of generalization, such
      as in the seed dispersal mutualism, does not necessarily
      buffer ecological communities against the loss of species.
      This becomes even more important if a few species have a
      disproportionate effect on a given target function and if
      species are particularly vulnerable to ecological
      perturbation, such as habitat specialists or large-bodied
      frugivores. Furthermore, I observed that shifts in the
      abundance of plant resources in degraded habitats can amplify
      land-use effects on plant–animal mutualistic interactions.
      Importantly, changes in the density of plant resources
      explained about 40 to 70 percent of the variation in land-use
      effects on interactions between plants and their pollinators
      and seed dispersers. This demonstrates that a consideration
      of biotic context (e.g. in the form of resources) may
      considerably improve predictions of the magnitude of land-use
      effects on species interactions. Thereby, the correlated
      responses of pollinators and seed dispersers to the shifts in
      plant population densities in degraded habitats highlight
      that these dynamics are not restricted to single types of
      interaction, but potentially operate at the level of
      ecosystems. Studies that only focus on subsets of species or
      interaction types may be unable to identify the consequences
      of human land-use that have been shown here. In principle,
      the results of the presented studies may also be valid for
      other types of mutualistic and antagonistic interactions that
      are based on consumer-resource relationships. Altogether, the
      results of my thesis suggest that natural and human-induced
      dynamics in plant–animal mutualistic networks follow similar
      principles. In the worst case these dynamics might have
      cascading effects on the functioning and integrity of
      ecosystems through a parallel loss of multiple
      animal-mediated ecosystem services after habitat
      degradation.