Forschungsbereiche

Ökologie der Meta-Gemeinschaft

Biodiversität messen

Unser Ziel ist es, Biodiversitätsmetriken zu verwenden, die im Gegensatz zu den traditionellen Maßstäben für die biologische Vielfalt (Reichtum und Shannon-Diversität) nicht von der Stichprobengröße abhängen und es uns daher ermöglichen, die Faktoren, die die biologische Vielfalt an einem bestimmten Ort, zu einer bestimmten Zeit und in einem bestimmten Maßstab bestimmen, zu entflechten. Wir verwenden Metriken, die von der individuellen Seltenheitskurve abgeleitet sind und die Komponenten der biologischen Vielfalt erfassen, an denen wir am meisten interessiert sind, nämlich:

Die Verteilung der Artenvielfalt
Anzahl der Individuen (Dichteeffekte)
Aggregation von Individuen von Artgenossen

Die von uns verwendeten Metriken sind: N – Anzahl der Individuen, S – beobachteter Artenreichtum, Sn – seltener Artenreichtum, PIE – Wahrscheinlichkeit interspezifischer Begegnungen (Hurlbert 1971), SPIE – effektive Umrechnung der PIE in die Anzahl der Arten (Jost 2007).

idiv-Illustration of how the key biodiversity metrics are derived from the individual-based rarefaction curves constructed at the α (i.e., single plot, grey line) and γ (i.e., all plots, black line) scales. Adapted from McGlinn et al, 2019, Methods in Ecology and Evolution, BES.

Veranschaulichung der Ableitung der wichtigsten Biodiversitätsmetriken aus den individuenbasierten Seltenheitskurven, die auf den Skalen α (d. h. einzelne Parzelle, graue Linie) und γ (d. h. alle Parzellen, schwarze Linie) erstellt werden. Angepasst aus McGlinn et al, 2019, Methods in Ecology and Evolution, BES.

Repräsentative Publikationen

McGlinn, D. J., Xiao, X., May, F., Gotelli, N. J., Engel, T., Blowes, S. A., Knight, T. M., Purschke, O., Chase, J. M., McGill, B. J. (2019): Measurement of Biodiversity (MoB): A method to separate the scale-dependent effects of species abundance distribution, density, and aggregation on diversity change. Methods in Ecology and Evolution 10(2), 258-69.

Chase, J. M., McGill, B. J., McGlinn, D. J., May, F., Blowes, S. A., Xiao, X., Knight, T. M., Purschke, O., Gotelli, N. J. (2018): Embracing scale-dependence to achieve a deeper understanding of biodiversity and its change across communities. Ecology Letters 21(11), 1737-51.

May, F., Gerstner, K., McGlinn, D. J., Xiao, X., Chase, J. M. (2018): mobsim: An R package for the simulation and measurement of biodiversity across spatial scales. Methods in Ecology and Evolution 9(6), 1401-08.

Biodiversitätswandel

Wir interessieren uns für die Quantifizierung von Veränderungen der biologischen Vielfalt in Raum und Zeit. Neben unserer Arbeit zur Quantifizierung klassischer makro- und biogeografischer Muster sind wir auch an der Analyse globaler Datenbanken mit Zeitreihen (z. B. BioTIME) beteiligt. Wir führen unvoreingenommene Messungen aller Komponenten der biologischen Vielfalt in einer skalensensitiven Weise durch, um robuste Schätzungen darüber zu liefern, wie und wo sich die biologische Vielfalt auf der Welt verändert.

idiv-Species richness change maps showing departures from the overall trend for marine and terrestrial biomes. Figure: Shane Blowes, adapted from Blowes et al, 2019, Science, AAAS.

Karten zur Veränderung des Artenreichtums mit Abweichungen vom Gesamttrend für marine und terrestrische Biome. Abbildung: Shane Blowes, angepasst aus Blowes et al, 2019, Science, AAAS.

Repräsentative Publicationen

Blowes, S. A., Chase, J. M., Di Franco, A., Frid, O., Gotelli, N. J., Guidetti, P., Knight, T. M., May, F., McGlinn, D. J., Micheli, F., Sala, E., Belmaker, J.(2020): Mediterranean marine protected areas have higher biodiversity via increased evenness, not abundance. Journal of Applied Ecology (in press).

van Klink, R., Bowler, D. E., Gongalsky, K. B., Swengel, A. B., Gentile, A., Chase, J. M. (2020): Meta-analysis reveals declines in terrestrial but increases in freshwater insect abundances. Science 368(6489), 417-420.

Blowes, S. A., Supp, S. R., Antão, L. H., Bates, A., Bruelheide, H., Chase, J. M., …, Winter, M., Bjorkman, A. D., Bowler, D. E., …, Hines, J., Isbell, F., Jones, H. P., Navarro, L. M. et al. (2019): The geography of biodiversity change in marine and terrestrial assemblages. Science 366(6463), 339-345.

Chase, J. M., McGill, B. J., Thompson, P. L., Antão, L. H., Bates, A. E., Blowes, S. A., Dornelas, M., Gonzalez, A., Magurran, A. E., Supp, S. R., Winter, M., Bjorkman, A. D., Bruelheide, H., Byrnes, J. E. K., Cabral, J. S., Elahi, R., Gomez, C., Guzman, H. M., Isbell, F., Myers-Smith, I. H., Jones, H. P., Hines, J., Vellend, M., Waldock, C., O’Connor, M. (2019): Species richness change across spatial scales.Oikos 128(8), 107-109.

Horváth, Z., Ptacnik, R., Vad, C. F., Chase, J. M. (2019): Habitat loss over six decades accelerates regional and local biodiversity loss via changing landscape connectance. Ecology Letters 22(6), 1019-27.

May, F., Rosenbaum, B., Schurr, F. M., Chase, J. M. (2019): The geometry of habitat fragmentation: Effects of species distribution patterns on extinction risk due to habitat conversion. Ecology and Evolution 9(5), 2775-90.

Hillebrand, H., Blasius, B., Borer, E. T., Chase, J. M., Downing, J., Eriksson, B. K., Filstrup, C. T., Harpole, W. S., Hodapp, D., Larsen, S., et al. (2018): Biodiversity change is uncoupled from species richness trends: consequences for conservation and monitoring. Journal of Applied Ecology 55(1), 169-84.

Keil, P., Pereira, H. M., Cabral, J. S., Chase, J. M., May, F., Martins, I. S., Winter, M. (2018): Spatial scaling of extinction rates: Theory and data reveal nonlinearity and a major upscaling and downscaling challenge. Global Ecology and Biogeography 27(1), 2-13.

Makroökologie und Biodiversitätsmuster

Wir untersuchen die großräumige Variation der biologischen Vielfalt auf der Erde und konzentrieren uns dabei auf mehrere Taxa wie Bäume, Ameisen, Korallenriff-Fische, Vögel oder Säugetiere. Wir dokumentieren und erklären Muster, die den Breitengradienten der Vielfalt, die Beziehungen zwischen Arten und Fläche, die Beziehungen zwischen Arten und Energie oder die Auswirkungen historischer Prozesse auf die geografische Verteilung der biologischen Vielfalt umfassen.

idiv-Predicted patterns of species richness, beta-diversity, and continuous region effects at two spatial grains. Figure: Petr Keil, adapted from Keil & Chase, 2019, NEE.

Vorausgesagte Muster des Artenreichtums, der Beta-Diversität und der kontinuierlichen Regionseffekte bei zwei räumlichen Körnern. Abbildung: Petr Keil, angepasst aus Keil & Chase, 2019, NEE.

Repräsentative Publikationen

Chase, J. M., Gooriah, L., May, F., Ryberg, W. A, Schuler, M. S, Craven, D., & Knight, T. M. (2019). A framework for disentangling ecological mechanisms underlying the island species–area relationship. Frontiers of Biogeography 11(1).

Craven, D., Knight,T. M., Barton, K. E., Bialic-Murphy, L., Chase, J. M. (2019): Dissecting macroecological and macroevolutionary patterns of forest biodiversity across the Hawaiian archipelago. Proceedings of the National Academy of Sciences 116(33), 16436-16441.

Gooriah, L. D., Chase, J. M (2019): Sampling effects drive the species–area relationship in lake zooplankton. Oikos 129(1), 124-132.

Keil, P., Chase, J. M. (2019): Global patterns and drivers of tree diversity integrated across a continuum of spatial grains. Nature Ecology & Evolution 3, 390-99.

McGill, B. J., Chase, J. M., et al. (2019): Unifying macroecology and macroevolution to answer fundamental questions about biodiversity. Global Ecology and Biogeography 28(12), 1925-1936.

Shade, A., Dunn, R. R., Blowes, S. A., Keil, P., Bohannan, B. J. M., Herrmann, M., Küsel, K., Lennon, J. T., Sanders, N. J., Storch, D., Chase, J. M. (2018): Macroecology to Unite All Life, Large and Small. Trends in Ecology & Evolution 33(10), 731-44.

Blowes, S. A., Belmaker, J., Chase, J. M. (2017): Global reef fish richness gradients emerge from divergent and scale-dependent component changes. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 284(1867).

Gemeinschaftszusammensetzung und Funktionieren des Ökosystems (CAFE)

Wir untersuchen explizit alle Prozesse des Aufbaus von Gemeinschaften, die das Funktionieren von Ökosystemen beeinflussen können. Dazu gehört die klassische Beziehung zur Biodiversität, aber auch die Identität und Zusammensetzung der Arten sowie die Prozesse, die bestimmen, welche Arten eine Gemeinschaft bilden. Wir bauen auf den jüngsten analytischen Fortschritten und Instrumenten auf, einschließlich der Strukturgleichungsmodellierung und der Prioritätensetzung, um zu untersuchen, wie sich Veränderungen des Artenreichtums und der Artenzusammensetzung, die durch Umweltveränderungen hervorgerufen werden, auf die Funktion des Ökosystems auswirken, und um die nächste Generation von Studien zur Interaktion zwischen Ökosystem und biologischer Vielfalt zu entwickeln.

idiv-The Community assembly and the functioning of ecosystems (CAFE) concept. The relationship between ecosystem function and species richness is composed of three key interrelated components: (a) The general increasing trend of ecosystem function with increasing number of species. (b) The species composition of each community and each species’ (represented by a letter) contribution to total ecosystem function for that community. (c) The community assembly processes that lead to changes in community composition, structure and species richness along the red arrows in panel a). (Bannar-Martin et al., 2017, Integrating community assembly and biodiversity to better understand ecosystem function: the Community Assembly and the Functioning of Ecosystems (CAFE) approach)

Das CAFE-Konzept (Community assembly and the functioning of ecosystems). Die Beziehung zwischen der Funktion von Ökosystemen und dem Artenreichtum setzt sich aus drei miteinander verknüpften Schlüsselkomponenten zusammen: (a) Die allgemeine Tendenz, dass die Ökosystemfunktion mit zunehmender Artenzahl zunimmt. (b) Die Artenzusammensetzung jeder Gemeinschaft und der Beitrag jeder Art (dargestellt durch einen Buchstaben) zur Gesamtfunktion des Ökosystems für diese Gemeinschaft. (c) Die Prozesse des Aufbaus von Gemeinschaften, die zu Veränderungen der Zusammensetzung, der Struktur und des Artenreichtums von Gemeinschaften entlang der roten Pfeile in Tafel a) führen. (Bannar-Martin et al., 2017, Integrating community assembly and biodiversity to better understand ecosystem function: the Community Assembly and the Functioning of Ecosystems (CAFE) approach)

Representative publications

Bannar-Martin, K. H., Kremer, C. T., Ernest, M., Leibold, M. A., Auge, H., Chase, J., Declerck, S. A. J., Eisenhauer, N., Harpole, S., Hillebrand, H., Isbell, F., Koffel, T., Larsen, S., Narwani, A., Petermann, J. S., Roscher, C., Cabral, J. S., Supp, S. R. (2018): Integrating community assembly and biodiversity to better understand ecosystem function: the Community Assembly and the Functioning of Ecosystems (CAFE) approach. Ecology Letters 21(2), 167-80.

Leibold, M. A., Chase, J. M., Ernest, S. K. M. (2017): Community Assembly and the Functioning of Ecosystems: How Metacommunity Processes Alter Ecosystems Attributes. Ecology 98(4), 909-19.

Synthese, Meta-Analysen, Datenintegration

Wir entwickeln Synthesen zur biologischen Vielfalt, von der Verteilung der Arten bis hin zu Gemeinschaftsmustern und Biodiversitätsmetriken auf taxonomischer, funktioneller und phylogenetischer Ebene. Letztlich wollen wir ökologische Theorien vereinheitlichen und die Prozesse besser verstehen, die der Artenvielfalt und der Koexistenz auf verschiedenen trophischen Ebenen, Ökosystemen, Gebieten und räumlichen Skalen zugrunde liegen. Zu diesem Zweck bauen wir groß angelegte Datenbanken auf und entwickeln konzeptionelle und analytische Rahmenwerke, um verschiedene Datenquellen zu integrieren und allgemeine ökologische Hypothesen zu testen.

idiv-Geographic location of each dataset. Colors indicate different categories of taxa that were the focus of the study. Figure: Alban Sagouis, Adapted from Chase et al. 2019, Ecology, ESA.

Geographic location of each dataset. Colors indicate different categories of taxa that were the focus of the study. Figure: Alban Sagouis, Adapted from Chase et al. 2019, Ecology, ESA.

Repräsentative Publikationen

Jeliazkov, A., Mijatovic, D., …, Klink, R. v., Villéger, S., Wegman, R., Westgate, M. J., Wolff, J., Żarnowiec, J., Zolotarev, M., Chase, J. M. (2020): A global database for metacommunity ecology, integrating species, traits, environment and space. Scientific Data 7(1).

Chase, J. M., Liebergesell, M., Sagouis, A., May, F., Blowes, S. A., et al. (2019): FragSAD: A database of diversity and species abundance distributions from habitat fragments. Ecology 100(12) e02861.

Craven, D., Knight, T. M., Barton, K. E., Bialic-Murphy, L., Cordell, S., Giardina, C. P., Gillespie, T. W., Ostertag, R., Sack, L., Chase, J. M. (2018): OpenNahele: the open Hawaiian forest plot database. Biodiversity Data Journal 6(e28406).