Aktuelle ökologische Modelle sind schlecht gerüstet, um ökologische Reaktionen auf den Klimawandel vorherzusagen, da ihnen die notwendigen Daten von Bedingungen fehlen, die noch nicht eingetreten sind.
Dr. Jorad de Vries, Postdoktorand an der ETH Zürich, fordert die Verwendung der evolutionären funktional-strukturellen Pflanzenmodellierung (FSPM), um die Auswirkungen des Klimawandels auf natürliche Pflanzengemeinschaften zu verstehen in einer neuen Veröffentlichung in in silico Pflanzen
„Evolutionäre FSP-Modellierung ist eine neuartige Entwicklung auf dem Gebiet der 3D-Modellierung, die zwei Methoden kombiniert, die einen gemeinsamen Fokus auf emergentes Modellverhalten durch eine mechanistische Beschreibung natürlicher Systeme haben, aber auf sehr unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen agieren. FSP-Modelle simulieren typischerweise ein hohes Maß an räumlicher Detailtreue, was es ihnen ermöglicht, Mechanismen auf der Ebene einzelner Pflanzenorgane wie Blätter genau zu simulieren, während evolutionäre Modelle öko-evolutionäre Dynamiken simulieren, die über Generationen wirken. Die Verschmelzung dieser Methoden und ihrer unterschiedlichen Maßstäbe ist eine Herausforderung, bietet aber neue und aufregende Möglichkeiten, um besser zu verstehen, wie Pflanzengemeinschaften auf ein sich änderndes Klima reagieren können und welche Faktoren die Haupttreiber dieser Reaktionen sind“, sagt de Vries.
De Vries erklärt zunächst, warum das Verständnis der Reaktionen von Pflanzengemeinschaften auf den Klimawandel mechanistische Modellierungsansätze erfordert. Aktuelle Methoden konzentrieren sich auf funktionelle Pflanzenmerkmale, die die Wechselwirkung zwischen abiotischen und biotischen Umgebungen und damit Ökosystemfunktionen nicht gut vorhersagen. Stattdessen, so argumentiert er, sollte der Fokus auf den Mechanismen liegen, die die funktionellen Merkmale mit der Fitness auf der Ebene einzelner Pflanzen durch Wechselwirkungen mit ihrer lokalen abiotischen und biotischen Umgebung verbinden. Die FSP-Modellierung ist ein hervorragendes Werkzeug, um die Wechselwirkungen zwischen Merkmalen und Umwelt genau zu simulieren, die die Reaktionen einzelner Pflanzen auf den Klimawandel antreiben.
De Vries plädiert für die Kopplung von FSP- und Evolutionsmodellen, die eine Skalierung von Individuen zu Gemeinschaften durch mechanistische Simulation demografischer und evolutionärer Prozesse ermöglichen. Die FSP-Modellierung kann Merkmalsvariationen berücksichtigen, die dann unter Verwendung des Evolutionsmodells einer Selektion, einem Genfluss und einer genetischen Drift unterzogen werden können.
Das Papier diskutiert dann, wie die evolutionäre FSP-Modellierung dabei helfen kann, das Verhalten komplexer Systeme mit mehrdimensionalen Pflanzenphänotypen in mehrdimensionalen Umgebungen zu erforschen. Anschließend wird hervorgehoben, wie wichtig es ist, die räumliche und zeitliche Dynamik dieser multidimensionalen Umgebungen, ihre Auswirkungen auf die Selektion und die Rolle der phänotypischen Plastizität zu berücksichtigen.
FORSCHUNGSARTIKEL
Jorad de Vries, Verwendung evolutionärer funktional-struktureller Pflanzenmodellierung zum Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf Pflanzengemeinschaften, in silico Plants, Band 3, Heft 2, 2021, diab029, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab029
Dieses Manuskript ist Teil von in silico Plant's Funktionelles strukturelles Anlagenmodell Sonderausgabe.
