Modelling dispersal in plants

Ausbreitung ist ein entscheidender Prozess beim Überleben von Pflanzen, denn er ermöglicht Pflanzen als sessilen Organismen sich fortzubewegen. Ausbreitung ist sowohl zur Vermeidung von schlechten Bedingungen als auch zur Neubesiedlung von Flächen notwendig. Außerdem reduziert ein genetischer Austausch zwischen Populationen mögliche genetische Bedrohungen wie z.B. Inzuchtdepression. Die häufigsten Ausbreitungsvektoren bei Pflanzen sind Tiere und Wind. In vom Menschen dominierten Landschaften jedoch können Menschen die tierische Verbreitung ersetzen. Um die Bedeutung des Menschen auf die Pflanzenverbreitung zu untersuchen wurde ein Simulationsmodell erstellt. Der Effekt der menschlichen Bewegung und Gartenstile wurde für verschiedene ruderale Pflanzen getestet. Ich fand einen starken Einfluss des menschlichen Bewegungsverhaltens besonders bei nicht-einheimischen Arten heraus. Innerhalb von 20 Jahren vergrößerten diese Arten ihre Verbreitung, wobei sie von der ansteigenden Mobilität der Menschen profitierten, die in soziologischen Untersuchungen nachgewiesen worden war. Im Gegensatz dazu schienen einheimische Arten stärker auf den Wechsel der bäuerlichen Landschaft und von einem ländlichem zu einem städtischen Lebensstil zu reagieren. Allerdings konnte die Veränderung in der Artverbreitung in allen Fällen besser mittels einer menschlichen Ausbreitung basierend auf menschlichen Bewegungsverhalten simuliert werden als durch ein distanzabhängiges Diffusionsmodell. Eine weitere Herangehensweise zur Nutzung von Simulationsmodellen bei Ausbreitungsprozessen wurde anhand der windbestäubten, in der Weichholzaue von Flüssen vorkommenden Art Populus nigra in Mitteldeutschland durchgeführt. Das Ziel der Untersuchung war es, das Ausmaß von innerartlichem Pollenvermittelten Genfluß durch den Schwarzpappelhybriden P. x canadensis abzuschätzen. Daher war die Abschätzung eines passenden Ausbreitungskernel entscheidend für die Modellierung der Ausbreitung. Genetische Vaterschaftsanalysen ermöglichen die Berechnung von Ausbreitungsdistanzen des Pollens zwischen Vater- und Mutterbäumen. Ich habe Punktmusteranalysen benutzt um Ausbreitungskernel anzupassen und deren statistische Unsicherheit zu testen. Es gab nur bis zu einer Distanz von 300m eine signifikante Abweichung vom Paarungs-Nullmodell, obwohl es sich um eine windbestäubte Art handelt und die Analysen auf einem sehr großen Datensatz von mehr als 1.500 Samen beruhten. Ein Zwei-Komponenten-Ausbreitungskernel aus einer exponential-power Funktion und einer eingeschränkten Gleichverteilungsfunktion bildete das am besten angepasste Model zu den Daten. Der angepasste Kernel konnte die Anzahl von Samen, die von einem männlichen Baum bestäubt wurden, abschätzen und lieferte vergleichbare Ergebnisse wie veröffentlichte räumlich statistische Modelle. Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, dass Ausbreitungskernel, die auf einer direkten Anpassung an die beobachteten Paarungsdistanzen beruhen, stark von Ergebnissen abweichen, die durch Methoden erzielt wurden, die die räumliche Struktur von Altbäumen berücksichtigen. Die Unsicherheit in der Abschätzung solcher direkt angepasster Ausbreitungskernel scheint unterschätzt zu werden. Mit dem angepassten Ausbreitungskernel wurden Simulationen durchgeführt, um die Diskrepanz zwischen geringer Einkreuzung durch den Hybriden in der natürlichen Schwarzpappelpopulation und der überwältigenden Anzahl dieser Hybride in der direkten Nachbarschaft zu untersuchten. Durch die Verwendung von verschiedenen standardmäßigen Ausbreitungskernel und des angepassten Zwei-Komponenten-Ausbreitungskernel fanden wir heraus, dass die Wahrscheinlichkeit einer Befruchtung durch Hybridpollen 10^-1 bis 10^-2 mal geringer als bei der Schwarzpappel war. Dieser Werteraum konnte über Ergebnisse bestätigt werden, die in Handbestäubungsexperimenten entstanden. Dies ist das erste Mal, dass die reproduktive Barriere zwischen P. nigra und P. x canadensis in frei bestäubten Bäumen in einem natürlichen Bestand gezeigt werden konnte. Die Verwendung von Simulationsmodellen zur Untersuchung von unterschiedlichen Ausbreitungsmechanismen stellte sich als viel versprechend heraus, nicht nur zur Beschreibung des Ausbreitungsprozesses selbst, sondern auch hinsichtlich der Kombination von Expertenwissen aus den verschiedensten Fachrichtungen in einem ökologischen Modell.