BLIC

Der weltweite Verlust an biologischer Vielfalt ist auch in aquatischen Ökosystemen zu beobachten. Wie sich die biologische Vielfalt auf die Ökosystemfunktionen auswirkt ist mechanistisch nur teilweise verstanden. Solche Beziehungen zwischen biologischer Vielfalt und Ökosystemfunktionen sind bereits auf der Ebene der Primärproduzenten dokumentiert, in pelagischen Systemen ist dies das Phytoplankton. Das Phytoplankton ist an etwa 50 % der globalen Primärproduktion beteiligt, steuert im Wesentlichen die globalen Kreisläufe wichtiger Elemente und ist die Grundlage wichtiger Ökosystemdienstleistungen wie der Fischerei. Phytoplankton zeichnet sich durch eine besondere Dynamik aus, nämlich die Fähigkeit, schnell große Mengen an Biomasse anzuhäufen. Diese so genannten Phytoplanktonblüten können regelmäßig auftreten (z. B. im Frühjahr, so genannte Frühjahrsblüten) und wichtige Nahrung für höhere trophische Ebenen liefern oder durch externe Faktoren (z. B. externe Nährstoffzufuhr, Eutrophierung) ausgelöst werden. Phytoplanktonblüten werden in der Regel von einer oder wenigen Arten dominiert; im Falle giftiger oder schlecht essbarer Arten können Massenentwicklungen erhebliche negative Auswirkungen auf den Energie- und Stofftransfer in Nahrungsnetzen haben. Eine im Wesentlichen nur theoretisch untersuchte Frage ist, ob die Vielfalt der Phytoplanktongemeinschaften einen Einfluss auf die Bildung von Phytoplanktonblüten hat.  Mit zunehmender Vielfalt ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass es in der Gemeinschaft eine Art gibt, die die Ressourcen monopolisieren und Blüten bilden kann (Selektionseffekt).  Gleichzeitig können mit zunehmender Vielfalt die Komplementarität und die Effizienz der Ressourcennutzung steigen, so dass es immer schwieriger wird, Ressourcen zu monopolisieren (Komplementaritätseffekt).

BLIC untersucht diese Frage mit Hilfe eines mechanistischen Up-Scaling-Ansatzes. In kontrollierten Laborexperimenten werden immer vielfältigere Gemeinschaften Nährstoffimpulsen ausgesetzt, und die Stärke der Selektionseffekte und der Komplementarität wird quantifiziert.  In einem nächsten Schritt werden mit der Diversität manipulierte Feldgemeinschaften Nährstoffimpulsen ausgesetzt und untersucht, inwieweit die Veränderung der Diversität Blüten wahrscheinlicher macht oder nicht. Schließlich sind Mesokosmenexperimente mit natürlichen Phytoplanktongemeinschaften entlang natürlicher Diversitätsgradienten geplant. Alle Experimente werden in gleicher Weise mit Meeres- und Süßwassergemeinschaften im Labor und im Freiland durchgeführt. 

Neben den experimentellen Ansätzen besteht die zweite Säule von BLIC in der theoretischen Modellanalyse dieser Forschungsfragen. Sogenannte eigenschaftsbasierte mehrdimensionale mathematische Modelle werden die frühen Stadien der Phytoplanktonblüte im Detail analysieren. Die Modelle erhalten wichtige Parametrisierungen aus den Experimenten und haben gleichzeitig einen wichtigen Einfluss auf die Durchführung einzelner Experimente, die dann besonders interessante, sich aus dem Modell ergebende Umweltkombinationen für die Blütenbildung im Detail untersuchen können.