Navigation

Skiplinks

Projekt-ID

Koordination: Ulrike Feudel

Beteiligte PEL: Stefanie Moorthi, Helmut Hillebrand, Michaela Busch, Anneke Kristin Purz

Weitere PIs: Holger Kantz (Max-Planck-Institute for Physics of Complex Systems, Dresden), Jürgen Kurths (Potsdam-Institute for Climate Impact Research, Potsdam), Klaus Lehnertz (Department of Epileptology and Interdisciplinary Center for Complex Systems, University of Bonn), Dr. D. Caron and Dr. A. Schnetzer, University of Southern California (USC), Los Angeles.

Laufzeit: 2012-2018

Förderung: Volkswagenstiftung

Wiederkehrende extreme Ereignisse in räumlich ausgedehnten anregbaren Systemen: Mechanismen ihrer Entstehung und Terminierung

Extreme Ereignisse – außergewöhnliche Störungen also – treten in Systemen in vielfacher Ausprägung auf. Intuitiv besteht ein gewisses Verständnis darüber, was sich hinter diesem Begriff verbirgt, eine gebräuchliche Definition existiert bisher allerdings nicht. Generell fasst die Wissenschaft Störungen als seltene Ereignisse auf, die einen massiven Einfluss auf eng umgrenzte Systeme haben. Das hier vorgestellte Projekt wird Phänomene studieren, die in unregelmäßigen Zeitintervallen in instabilen bzw. leicht anregbaren Systemen auftreten. Untersuchungsgegenstände werden periodische giftige Algenblüten im Meer und rezidivierende epileptische Anfälle des menschlichen Gehirns sein. Unsere Arbeitsgruppe untersucht in diesem interdisziplinären Rahmen das Phänomen giftiger Algenblüten. Zeitreihenanalysen und Experimente werden die Konsequenzen untersuchen, die ein Aufwachsen von Dinoflagellaten und/oder Cyanobakterien in Phytoplanktongemeinschaften haben wird. Das Auftreten solcher Blüten ist nicht nur für direkte Konkurrenten und Konsumenten gefährlich, sondern auch für höhere Organismen wie Krustentiere, Fische, Vögel und Säugetiere. Einerseits können sie zur direkten Intoxikation innerhalb des Nahrungsnetzes führen. Andererseits kommt es zu Weiterleitungseffekten über die Anreicherung der Toxine in Organismen. Auch der Mensch ist von solchen toxischen Blüten betroffen. Sie können sowohl dramatische Effekte auf die Gesundheit haben als auch beispielsweise auf die industrielle Nutzbarkeit der Ressourcen. In betroffenen Gebieten etwa müssen Badeverbote verhängt werden und Produkte von Fischfarmen werden unverkäuflich. Natürlich bestehen auf den ersten Blick keine Gemeinsamkeiten zwischen Algenblüten und epileptischen Anfällen. Und doch treten beide Ereignisse in begrenzten Regionen räumlich ausgedehnter Systeme auf. Und in beiden Fällen basieren Modellansätze darauf, Dynamiken in leicht erregbaren Systemen berechnen zu können. Solche Modelle ermöglichen uns als Planktologie-AG, den Beginn und das Ende von Planktonblüten in extremen Wetterlagen einzuschätzen und vorherzusagen. Sie erlauben es, durch Manipulation verschiedener Störsignale unsere Hypothesen zu Ursachen des toxischen Algenwachstums direkt zu testen. Die darauf folgenden Experimente werden angemessen an den Modellierungsergebnissen und Zeitreihenanalysen konzipiert. Chemostat-Experimente werden eine variable Anordnung von Manipulationsszenarien erlauben. In ihnen können die mittlere Temperatur, die zeitliche Varianz abiotischer Faktoren (wie Temperatur und Nährstoffversorgung) und biotischer Faktoren (Konkurrenten- und Konsumentenabundanz) gesteuert werden. Dies ermöglicht das Simulieren verschiedener Nuancen von Störungen und auch außergewöhnlich ausgeprägter Fluktuationen. Für letztere konnte bereits gezeigt werden, dass sie die Populationsdynamik zu Lasten des Planktons beeinflussen. Außerdem bilden solche Simulationen die Basis zur besseren Einschätzung der Auswirkungen des globalen Klimawandels. Wir werden in unseren Modellen und Experimenten die absoluten Größen und zeitlichen Fluktuationen der Ressourcenbestände manipulieren, denn Beweidung (Fraß) und Ressourcenverfügbarkeit scheinen die hauptsächlichen Antriebe toxischer Algenblüten zu sein.

ICBM-Webmaster (Stand: 10.09.2018)