| dc.contributor.advisor | Kreft, Holger Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | König, Christian | |
| dc.date.accessioned | 2019-01-24T09:36:42Z | |
| dc.date.available | 2019-01-24T09:36:42Z | |
| dc.date.issued | 2019-01-24 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-002E-E567-4 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-7236 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-7236 | |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 570 | de |
| dc.title | The assembly of island floras from a macroecological perspective. | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Bergmeier, Erwin Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2018-10-25 | |
| dc.description.abstractger | In der ökologischen und biogeographischen Forschung nehmen Inseln seit jeher eine besondere Rolle ein. Zum einen besitzen Inseln ökologisch faszinierende Artgemeinschaften, welche sich oft durch einen hohen Grad an Endemismus und außergewöhnliche Adaptionen bei gleichzeitig relativ geringer Gesamtartenzahl auszeichnen. Zum anderen ermöglicht die geographische, klimatische und geologische Vielfalt der weltweit mehr als 100.000 Inseln vergleichende Studien zu den ökologischen und evolutionären Faktoren, die zum Entstehen dieser Artgemeinschaften beigetragen haben. Die Erkenntnisse der Inselbiogeographie sind dabei nicht nur auf Inseln beschränkt, sondern führten in der Vergangenheit immer wieder zu grundlegenden Einsichten in ökologische Zusammenhänge, wie etwa der dynamischen Regulierung von Artenvielfalt durch Immigrations-, Extinktions- und Artbildungsprozesse. Heute erlaubt die steigende Verfügbarkeit ökologischer Daten außerdem über die Betrachtung von Artenvielfalt hinaus zu gehen, und die Identitäten, funktionellen Eigenschaften und phylogenetischen Beziehungen einzelner Arten aufzuschlüsseln. Dadurch gewinnen makroökologische Methoden in der inselbiogeographischen Forschung zunehmend an Relevanz und versprechen ein tieferes Verständnis ökologischer Prozesse auf Inseln. Auf diesem Weg sind allerdings noch mehrere Hürden zu überwinden.
Mit der vorliegenden Arbeit verfolge ich zwei Ziele. Zum einen möchte aktuelle Defizite in der Verfüg- und Verwendbarkeit von Biodiversitätsdaten identifizieren und somit zu einer allgemein effektiveren Nutzung makroökologischer Ansätze in der Inselbiogeographie beitragen. Zum anderen möchte ich die daraus gewonnen Erkenntnisse in der Analyse globaler Pflanzendiversitätsmuster umsetzen, um neue Einsichten in die Entstehung und Zusammensetzung von Inselfloren zu gewinnen. Die vier Forschungskapitel gliedern sich dementsprechend in einen konzeptionellen (Kapitel 1 und 2) und einen empirischen Teil (Kapitel 3 und 4).
In Kapitel 1 erarbeite ich eine Einteilung ökologischer Datentypen auf Grundlage von Datenauflösung und -domäne. Ich kann zeigen, dass die existierende digitale Infrastruktur in den Schlüsseldomänen der Verbreitung und funktionellen Eigenschaften von Arten deutlich ausgereifter für disaggregierte Datentypen (z.B. Punktvorkommen, Vegetationsplots, Einzelmessungen von funktionellen Eigenschaften) als für aggregierte Datentypen ist (z.B. regionale Checklisten oder Mittelwerte funktioneller Eigenschaften). Im Weiteren diskutiere ich die Notwendigkeit einer stärkeren Integration von aggregierten Datentypen in die makroökologische Datenlandschaft, und belege das Potenzial eines solchen Vorgehens anhand von drei makroökologischen Fallstudien. In Kapitel 2 stelle ich GIFT vor, eine neue Datenbank zur makroökologischen Analyse von Pflanzendiversität. GIFT setzt viele der in Kapitel 1 erarbeiteten Konzepte zur Integration globaler Biodiversitätsdaten um, und erreicht nahezu globale Abdeckung hinsichtlich floristischer Verbreitungsdaten sowie bestimmter funktioneller Eigenschaften von Planzen. Das Kapitel stellt umfassende Informationen zum Aufbau der Datenbank zusammen, erläutert automatisierte Abläufe zur Verarbeitung ökologischer Daten und präsentiert detaillierte Statistiken zur geographischen, taxonomischen und funktionellen Abdeckung von GIFT.
In Kapitel 3 nutze ich GIFT um globale Muster in der kompositionellen Ähnlichkeit von Insel- und Festlandsfloren zu untersuchen. Hierzu modelliere ich den Arten-turnover, d.h. den von der Gesamtartenzahl unbeeinflussten Teil der Beta-Diversität zweier Floren, in Abhängigkeit von geographischer Distanz und klimatischen Variablen. Ich zeige, dass sich Inselfloren im Mittel ähnlicher sind als Festlandsfloren und der Arten-turnover auf Inseln weniger von geographischer Distanz als vielmehr von klimatischen Bedingungen bestimmt wird. Die Ergebnisse legen nahe, dass Inseln mehrheitlich durch eine begrenzte Gruppe von Arten kolonisiert werden, die sich verlässlich über weite Entfernungen ausbreiten können, während Arten mit schlechteren Ausbreitungsfähigkeiten nur selten auf Inseln vertreten sind und daher wenig zum Arten-turnover beitragen. Diese Interpretation wird vom entsprechenden Verhalten sich unterschiedlich gut ausbreitender taxonomischer und funktioneller Gruppen gestützt und liefert eine wichtige Grundlage zur quantitativen Bewertung von Ausbreitungs- und Umwelt-Filtern bei der Kolonisierung von Inseln. Auch in Kapitel 4 untersuche ich ökologische Filtereffekte während der Kolonisierung von Inseln und präsentiere die erste globale, quantitative Analyse von Insel-„Disharmonie“ – einem Konzept, das die proportionale Über- oder Unterrepräsentation bestimmter Taxa auf Inseln im Vergleich zu deren Ursprungsregionen auf dem Festland beschreibt. Dazu entwickle ich einen neuen Ansatz zur statistischen Abschätzung der geographischen Ursprungsregionen von Inselfloren sowie zwei Maße zur Quantifizierung der Disharmonie einer Flora als Ganzes und der globalen relativen Häufigkeit einzelner Pflanzenfamilien auf Inseln. Die Analyse dieser Maße in Abhängigkeit insel- beziehungsweise familienspezifischer Eigenschaften zeigt, dass die Disharmonie von Inselfloren insgesamt stark durch Inselgröße, -isolation und -klima bestimmt wird, während die Repräsentation einzelner Familien kaum anhand funktioneller Eigenschaften oder der Familiengröße vorhersagbar ist. Dieser Ergebnisse liefern wichtige Beiträge zum Verständnis insel- und taxon-spezifischer Faktoren bei der Zusammensetzung von Inselfloren. Gleichzeitig hebt die Studie das hohe Potential einer verstärkten Einbindung funktioneller und phylogenetischer Ansätze in die makroökologische (Insel-)forschung hervor.
Zusammenfassend leistet die vorliegende Dissertation mehrere wichtige Beiträge zur makroökologischen und inselbiogeographischen Forschung. Im erweiterten Kontext identifiziere ich aggregierte Datentypen als reichhaltige, jedoch vernachlässigte Quelle von Informationen zur globalen Pflanzendiversität, welche massiv zu einer verbesserten Datenabdeckung und -repräsentativität beitragen kann. Die von mir vorgestellte GIFT Datenbank demonstriert das Potenzial einer stärkeren Integration aggregierter Datentypen in die makroökologische Forschung und bildet die globale Pflanzenvielfalt in teilweise unerreichtem Umfang ab. GIFT wird daher auch zukünftig als Grundlage wichtiger makroökologischer Analysen dienen. Im konkreten inselbiogeographischen Kontext verhilft meine Forschung bezüglich Betadiversität und Disharmonie zu neuen Einsichten in grundlegende ökologische Prozesse bei der Entstehung und Entwicklung von Inselfloren. Insbesondere die von mir entwickelte Methode zur Abschätzung der geographischen Ursprünge von Insel-Artgemeinschaften, sowie meine Erkenntnisse zu den relativen Beiträgen von Ausbreitungs-, Umwelt-, und Interaktionsfiltern bei der Kolonisierung von Inseln stellen wichtige Fortschritte in Kernbereichen der Inselbiogeographie dar. | de |
| dc.description.abstracteng | Islands have always played a central role in ecology and biogeography. On the one hand, island biotas are ecologically unique by featuring exceptionally high rates of endemism and remarkable evolutionary adaptations while being generally poor in species. On the other hand, the geographical, climatic, and geological diversity of islands across the globe facilitates the detailed study of abiotic and biotic factors that have shaped these extraordinary assemblages. Many findings from island biogeography have led to general ecological insights in the past, e.g. the dynamic regulation of species diversity via immigration, extinction and speciation. Today, the increasing availability of ecological data allows going beyond species numbers and resolving the identities, functional traits and phylogenetic relationships of individual species at the global scale. This opens new and promising ways of inquiry in the field of island biogeography and bears great potential for understanding the ecological processes shaping island biodiversity at a deeper level.
The objective of the present thesis is twofold. First, I aim to identify and address challenges in the utilization of global plant diversity data that currently impede the effectiveness of macroecological approaches in (island) biogeographical research. Second, I endeavour to utilize these insights to conduct large-scale, data-driven analyses of plant diversity that examine the ecological and biogeographical mechanisms underlying the assembly of island floras. Consequently, the chapters of this thesis are arranged into a conceptual part (Chapters 1 and 2) and an empirical part (Chapters 3 and 4).
In Chapter 1, I develop a novel conceptualization of ecological data types according to their domain and resolution. Focusing on data from two domains, species distributions and functional traits, I show that existing digital infrastructures are generally more advanced for disaggregated data types, e.g. point occurrence records, vegetation plots and individual-level trait measurement, than for aggregated data types, e.g. regional checklists or species-level functional traits). I discuss the need for the integration of aggregated data types into the macroecological data landscape and demonstrate the potential of this approach with three case studies. In Chapter 2, I present the GIFT database, a novel resource for macroecological analyses of global plant diversity. GIFT implements many of the concepts outlined in chapter 1 and achieves nearly global coverage in terms of plant distributions and several key functional traits. The chapter provides extensive information on the design and internal processing workflows of the database, and describes the geographical, taxonomic and functional coverage of GIFT.
In Chapter 3, I use data from GIFT to assess global patterns in the beta diversity of island and mainland floras. To this end, I model species turnover, i.e. the richness-insensitive component of beta diversity, as a function of pairwise geographical distance and climatic differences between floristic regions. I show that, on average, island floras are more similar to each other than mainland floras and that species turnover among island assemblages is mostly determined by climatic conditions rather than by geographic distance. These findings suggest that island floras sample largely from a limited set of widespread, dispersive species, while less dispersive taxonomic groups tend to be rare on islands and hence contribute little to species turnover. This interpretation is substantiated by the turnover patterns observed for varyingly dispersive taxonomic and functional groups, and represents a strong basis for the quantitative evaluation of dispersal and environmental filters during island colonization. In Chapter 4, I further examine ecological filters during island colonization by providing the first global, quantitative analysis of island disharmony – a phenomenon that describes the biased representation of higher taxa on islands compared to their mainland source regions. I develop a novel method for the statistical estimation of island-specific source regions as well as two measures that quantify the overall compositional disharmony of an island flora and the global over- or under-representation of individual families on islands. Analyzing these two measures as a function of island- and family-specific characteristics, respectively, reveals that the overall disharmony of island floras is closely linked to island area, isolation, and climatic conditions, whereas the global over- or under-representation of individual families shows little systematic variation with family-level functional traits or family size. These findings provide a comprehensive basis for understanding the island- and taxon-specific factors that determine assembly processes on islands, but at the same time highlight the need for a stronger utilization of functional and phylogenetic approaches in island biogeography.
In conclusion, the present thesis makes several important contributions to the fields of macroecology and island biogeography. In a broader context, I identify aggregated data types as a rich, but under-utilized source of plant diversity information with great potential for improving global data coverage and representativeness. The effectiveness of a targeted integration of aggregated data is demonstrated by the GIFT database, which describes global plant diversity at an unprecedented level of completeness and constitutes an invaluable resource for future macroecological research. In a more specific context, my research on the beta diversity and disharmony of island floras provides comprehensive new insights into fundamental ecological processes that govern the assembly of island floras. In particular, the proposed method for a statistical estimation of island source regions as well as my findings on the relative roles of dispersal, environmental and biotic filtering address key problems in island biogeography. | de |
| dc.contributor.coReferee | Weigelt, Patrick Dr. | |
| dc.subject.eng | Island biogeography | de |
| dc.subject.eng | Biodiversity | de |
| dc.subject.eng | Vascular plants | de |
| dc.subject.eng | Beta diversity | de |
| dc.subject.eng | Data integration | de |
| dc.subject.eng | Island disharmony | de |
| dc.subject.eng | GIFT database | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-002E-E567-4-1 | |
| dc.affiliation.institute | Biologische Fakultät für Biologie und Psychologie | de |
| dc.subject.gokfull | Biologie (PPN619462639) | de |
| dc.identifier.ppn | 1047356546 | |