Zielsetzung und Hauptfragen: Wechselwirkungen zwischen Arten sind im Allgemeinen hochgradig nichtlinear und beinhalten
verschiedene Rückkopplungsschleifen, die zu nichtlinearen, oft recht plötzlichen Reaktionen auf Veränderungen der Umweltfaktoren. In einer ökologischen Gemeinschaft können diese Veränderungen zu einem Rückgang der Abundanz von Arten bis hin zum Aussterben führen, aber auch zu Veränderungen in der Dominanz von Arten, die eine Reorganisation der ökologischen Gemeinschaft führen, einschließlich Veränderungen in den Rückkopplungsschleifen. Das Ziel ist die Entwicklung eines HAB-Modells zur Interpretation der Auswirkungen von Umweltveränderungen, insbesondere Temperatur und Salinität, auf die Bildung von HABs und deren Auswirkungen auf die gesamte Planktongemeinschaft zu interpretieren. Wir identifizieren Kippschwellen und Mechanismen, die zu Veränderungen in der Dominanz von HAB-Arten führen.

Herangehensweise: Wir entwickeln ein Nahrungsnetzmodell, das das Wachstum von schädlichen und nicht schädlichen Mikroalgen enthält, ihre Konkurrenz um Nährstoffe und das Abweiden durch Copepoden. 1) Wir werden zunächst ein zuvor entwickeltes Modell in mehrere Richtungen erweitern, um: a) die Abhängigkeit Wachstums- und Weideprozesse von Temperatur und Salzgehalt als den wichtigsten Umweltfaktoren b) toxische und/oder allelopathische Effekte der schädlichen Arten aus Laborexperimenten in WP2 & WP3; c) eine mögliche höhere trophische Ebene (Fische) zur Abschätzung der Auswirkungen von HABs auf die Fischproduktion. 2) Die Modelldynamik wird mögliche Kipp-Phänomene berücksichtigen, z.B. die Verschiebung der Dominanz von nicht schädlichen zu schädlichen Planktonarten. Wir werden die Rückkopplungsschleifen im System identifizieren, die für ein Kippen verantwortlich sein könnten, und charakterisieren verschiedene Kippmechanismen, um mögliche Schwellenwerte zu finden: a) Schock-induziertes Kippen aufgrund relativ plötzlicher Änderungen des Salzgehalts oder der Nährstoffbedingungen durch Auftrieb oder Meeresströmungen; b) rateninduziertes Kippen aufgrund einer Beschleunigung der Erwärmung und Salzgehaltsänderungen; c) die Entwicklung von Merkmalen, um festzustellen, inwieweit schnelle Evolution und Anpassung ein Umkippen verhindern können.

Ergebnisse und Projektleistungen: 1) dynamische Modellierung des potenziellen Auftretens von HABs; 2) Identifizierung von Kippmechanismen; 3) Abschätzung der Auswirkungen von Kippphänomenen auf höhere trophische Ebenen.