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Irina Laube

• Das geographische Verbreitungsgebiet von Arten ist ein fundamentales Struktur gebendes Merkmal der biologischen Welt. Warum Arten so verteilt sind, wie sie sind ist seit langem eine der zentralen Fragen in Ökologie, Biogeographie und Evolution. Gegenwärtig verändern sich, im Wesentlichen als unbeabsichtigtes Nebenprodukt menschlicher ökonomischen Aktivitäten und Populationsdynamik, die geographischen Verbreitungsgebiete von Arten mit entscheidender Bedeutung für Land- und Forstwirtschaft, als Krankheitsvektoren oder als Teil der biologischen Systeme, die Ökosystemfunktionen bereitstellen. Daher ist es dringend notwendig, dass wir unser Verständnis über die Dynamiken, aus denen die geographische Verbreitung von Arten erwachsen, verbessern. Mit dieser Doktorarbeit versuche ich, in drei Untersuchungen zur Dynamik der Verbreitungsgebiete von Singvögeln einen Beitrag zu unserem in Entwicklung begriffenen Verständnis der multiplen Faktoren die Artverbreitungsgebiete beeinflussen, zu leisten. 1) Zu einem mechanistischeren Verständnis von Artmerkmalen und Verbreitungsgebietsgrößen: Ein wichtiger, ungelöster Fragenkomplex in der Makroökologie ist, die immense interspezifische Variation in der Größe geographischer Verbreitungsgebiete zu verstehen. Während man davon ausgeht, dass Artmerkmale wie Fekundität und Körpergröße einen Effekt auf Verbreitungsgebietsgrößen haben, fehlt ein allgemeines Verständnis davon, wie Verbreitungsgebietsgrößen von mehreren Merkmalen gemeinsam beeinflusst werden. Hier beurteilen wir den Effekt von Lebensgeschichtsmerkmalen (Fekundität, Ausbreitungsfähigkeit), ökologischen Merkmalen (Habitatnische, Nahrungsnische, Zugverhalten, Flexibilität im Zugverhalten) und morphologischen Merkmalen (Körpergröße) auf die globale Verbreitungsgebietsgröße von 165 europäischen Singvögeln. Wir identifizieren Hypothesen zur Beziehung von Artmerkmalen und Verbreitungsgebietsgrößen aus der Literatur und verwenden die Methodik der Pfadanalyse, um sie zu testen. Die Größe der globalen geographischen Verbreitungsgebiete europäischer Singvögel wurde von Lebensgeschichtsmerkmalen (Fekundidtät und Ausbreitungsfähigkeit), ökologischen Merkmalen (Habitatnischenbreite, Nahrungsnischenposition und Zugverhalten) und von Körpergröße beeinflusst. Artmerkmale beeinflussten Verbreitungsgebietsgrößen auf direktem und indirektem Weg. Insbesondere der Einfluss von Körpergröße war komplex mit positiven und negativen Effekten über verschiedene Pfade. Die Größe von Verbreitungsgebieten ist sehr wahrscheinlich auch von anderen Faktoren als von Artmerkmalen abhängig. Wir zeigen, dass es notwendig ist, den direkten und indirekten Einfluss einer Vielzahl von Merkmalen zu entwirren, um die Mechanismen, die makroökologische Beziehungen generieren, aufzuklären. 2) Konkurrenz und Ausbreitungsfähigkeit interagieren bei der Bestimmung der geographischen Verbreitung von Vögeln: Es ist weiterhin eine Herausforderung für Ökologie und Evolutionsbiologie, die Faktoren zu verstehen , die die geographische Verbreitung von Arten beeinflussen. Wir untersuchen wie Konkurrenz, Ausbreitungsfähigkeit, das Alter eines Taxons und Habitatverschiebungen seit dem letzten glazialen Maximum das Ausmaß beeinflussen, in dem Arten der Vogelgattung Sylvia in allen Gegenden mit geeigneten Umweltbedingungen vorkommen (d.h. range filling). Wir haben range filling in der Vogelgattung Sylvia (Grasmücken) unter Verwendung von Boosted Regression Trees und Ridge-Regression quantifiziert. Mittels multipler Regression haben wir für die Effekte von intragenerischer Konkurrenz, Ausbreitungfähigkeit, Alter des Taxons und Habitatverschiebung seit dem letzten glazialen Maximum auf range filling getestet. Grasmücken mit hoher Ausbreitungsfähigkeit zeigten höheres range filling, aber nur wenn Konkurrenz in Gebieten mit weniger geeignetem Habitat innerhalb ihres potentiellen Verbreitungsgebietes niedrig war. Das Alter eines Taxon und Habitatverschiebung seit dem letzten glazialen Maximum hatten keinen konsistenten Effekt. Wir zeigen, dass die Verbreitungsgebiete von Grasmücken mit hoher Wahrscheinlichkeit durch den simultanen, interaktiven Effekt von Konkurrenz und Ausbreitungsfähigkeit geformt werden. Wenn biotische Interaktionen wie Konkurrenz generell die Fähigkeit von Arten beeinflussen auf der kontinentalen Skala neue Gebiete zu kolonisieren, wird es eine Herausforderung sein, den Effekt von Klimawandel auf Biodiversität vorherzusagen. 3) Nischenverfügbarkeit in Zeit und Raum: Vogelzug der Grasmücken: Im Kontext neuer Fortschritte in der ökologischen Nischenmodellierung sind sowohl die Umwelt als auch die ökologische Nische einer Art als statische Entitäten behandelt und quantifiziert worden. In der Realität sind aber die Umwelt und die Nischenanforderungen einer Art auf einer Vielzahl von Skalen dynamisch. Wir schlagen ein konzeptionelles System vor das berücksichtigt, wie die realisierte Nische und geographische Verbreitung von Arten durch die entkoppelte raumzeitliche Verfügbarkeit unterschiedlicher Umweltbedingungen und durch Veränderungen der Nischenanforderungen über die Lebenszeit eines Organismus geformt werden. Das Testen von aus dem konzeptionellen System abgeleiteten Vorhersagen am Beispiel des Vogelzugs der Grasmücken ergab neue Erkenntnisse: Das Verfolgen der Klimanische im geographischen Raum war höchstwahrscheinlich nicht die treibende Kraft für Migration in der Gattung und steht potentiell im Konflikt mit dem Verfolgen der Landnutzungsnische. Die Nischen der Grasmücken waren während der Brutsaison schmaler, was zeigt, dass Nischenanforderungen zeitlich dynamisch sein können. Wir legen nahe, dass die Berücksichtigung dynamischer Umwelten und Nischenanforderungen zu einer entscheidenden Verbessserung unseres Verständnisses der treibenden Faktoren hinter der Bewegung von Organismen im Raum und der Dynamik ihrer Nischen und Verbreitungsgebiete führt.