Pflanzenvielfalt ist von unschätzbarem Wert, weil es gleicht Ökosysteme aus, schützt Wassereinzugsgebiete, mildert Erosion, mildert das Klima, bietet Tieren Unterschlupf, und ist eine Ressource für neue Nahrungspflanzen und Medikamente.

Die ersten Gefäßpflanzen entstanden vor etwa 420 Millionen Jahren. Derzeit sind über 350 Arten von Gefäßpflanzen bekannt, aber es gibt viel mehr Schauspieler auf der Bühne, als Rollen gespielt werden können.

Roderick Hunt von der University of Exeter und Ric Colasanti von der Bournemouth University versuchen dies in einem neuen Artikel Finden Sie eine minimale Reihe von Bedingungen und Prozessen, die langfristig eine hohe Pflanzenvielfalt unterstützen können.

Zur Darstellung des Pflanzenlebens verwendeten die Autoren 19 Funktionstypen, von denen jeder eine breite Gruppe von Pflanzenarten darstellt, die die gleiche Rolle innerhalb der Ökosystemfunktion einnehmen. Die funktionalen Typen werden mit dargestellt C-S-R-Klassifikation von Pflanzenarten: C (Konkurrent), S (Stress-Tolerant) und R (Ruderal). Es gibt viele Zwischenstufen, aber an jedem der drei Extreme Konkurrenzfähig Pflanzen haben eine hohe Wahrscheinlichkeit für vegetatives Wachstum unter Bedingungen hoher Ressourcen und geringer Störung; stresstolerant Pflanzen haben eine hohe Überlebenswahrscheinlichkeit bei geringen Ressourcen und geringen Störungen; Und Ruderal Pflanzen haben eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie aus Samen unter hohen Ressourcen und hoher Störung wachsen. Es gibt keine Pflanzenarten, die geringe Ressourcen und hohe Störungen überleben können. Jeder der 19 Funktionstypen nimmt seinen eigenen charakteristischen Teil des CSR-Raums ein.

Die Autoren verwendeten zelluläre Automaten (CA)-Modellierungsmethoden, um einen minimalen Satz von Bedingungen und Prozessen zu finden, die langfristig eine hohe Biodiversität unterstützen können. Die CA charakterisiert das Wachstum, die Erhaltung und die Regeneration jedes Pflanzentyps in Bezug auf seine Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen in der Ressourcenverfügbarkeit und physikalischen Störungen.

„Wir haben die Theorie aufgestellt, dass drei Treiber notwendig wären, um die Pflanzenvielfalt zu unterstützen“, sagt Hunt. "Dies waren die Existenz einer Reihe von Funktionstypen, Heterogenität in der Verfügbarkeit von Ressourcen und Störungen sowie die Invasion durch Verbreitungsformen von einer externen Quelle."

Die Simulationen begannen mit virtuellen Anlagen, die alle 19 Funktionstypen zu gleichen Teilen repräsentierten. Umwelttreiber in Form von Ressourcen und Störungen wurden dann nach dem Zufallsprinzip einzeln oder in Kombination über 1,000 Lebenszyklen angewendet, um zu bestimmen, ob jede Pflanze ihre Präsenz beibehalten, wachsen oder zurückgehen würde. Die Biodiversität jedes Ergebnisses wurde gemessen.

Das CA-Modell bestätigte, dass realistische, langfristige Muster der pflanzlichen Biodiversität aufrechterhalten werden könnten, indem eine Reihe von funktionellen Typen einbezogen, Ressourcen und externe Störungen manipuliert und eindringende Ausbreitungen zugelassen werden. Während jeder dieser Treiber einzeln in der Lage war, die pflanzliche Biodiversität vorübergehend zu fördern, waren alle drei gleichzeitig für ihren langfristigen Erhalt notwendig.

„Computermodellierung ermöglicht es uns, komplexe Gemeinschaftsdynamiken über eine Vielzahl von Generationen hinweg zu reproduzieren. Es ist selten möglich, die Entstehung von evolutionären Prozessen auf hoher Ebene wie diesen in der physischen Welt zu erforschen“, erklärt Hunt.