Third party funded individual grant
Acronym: SPex
Start date : 01.10.2019
End date : 30.09.2022
Weltweit sind marine Lebewesen durch den derzeitigen Klimawandel bedroht, wobei nicht nur lokale, sondern auch weltweite Aussterbeereignisse als wahrscheinlich gelten. Wie Studien vermuten lassen, reagieren Arten auf die Erderwärmung durch eine Neuordnung ihrer Verbreitungsmuster. Hierbei folgen marine Lebewesen den Isothermen ihrer jeweiligen Temperaturnische, wodurch besonders Arten in äquatorialen Regionen akut vom regionalen Aussterben bedroht sind. Allerdings sind geographische Vorhersagemodelle für Aussterbeereignisse zurzeit nicht vorhanden, obwohl es unser Wissen über vergangene Massenaussterben erlauben würde, diese zu modellieren. Um Massenaussterben in der Erdgeschichte zu erklären, werden für gewöhnlich räumliche Verbreitungsmuster der Aussterbeereignisse von Arten herangezogen. Der Zusammenhang zwischen 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 Klimaerwärmung zu ausgeprägten räumlichen Verbreitungsmustern von Aussterbeereignissen führt, wobei insbesondere die äquatorialen Regionen betroffen sind. Um diese und weitere Hypothesen zu testen, werde ich ein leistungsfähiges Modell 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 biotische Daten 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 Erdgeschichte gab.
Verbreitungen von zukünftigen Aussterbeereignissen werden berechnet, indem modellierte abiotische Parameter für über RCP8.5 hinausgehende, vereinfachte Szenarien verwendet werden. Diesen simulierten Verbreitungsmuster werden dann fossile Verbreitungsmuster für tatsächliche Aussterbe- und Invasionsevents gegenübergestellt. Dementsprechend zielt das Projekt darauf ab, vergangene Massenaussterben mit zukünftigen Umweltentwicklungen zu verknüpfen.