Antragsteller:in

Dr. Ellen Oldenburg
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Department Biologie
Institut für Quantitative und Theoretische Biologie
Universitätsstraße 1
40225 Düsseldorf

Projektbeschreibung

Polare marine Ökosysteme unterliegen raschen Umweltveränderungen, doch Interaktionen zwischen Zooplankton und mikrobiellen Gemeinschaften, entscheidend für Nahrungsnetz-Dynamiken und Kohlenstoffkreisläufe, bleiben über trophische Ebenen unzureichend verstanden. Dieses Projekt schließt diese Lücke durch vergleichende hemisphärenübergreifende Analyse arktischer und antarktischer Planktongemeinschaften, die bildbasierte Zooplanktonüberwachung mit mikrobiellen Zeitreihendaten integriert. Das Projekt umfasst drei Arbeitspakete. WP1 entwickelt einen Deep-Learning-Klassifikator (DeepUVP) zur automatisierten Zooplankton-Identifikation aus Underwater Vision Profiler (UVP)-Bildern. Aufbauend auf unserem DeepLOKI-Framework trainieren wir Klassifikationsmodelle mit annotierten Datensätzen aus antarktischen (AWI, BAS) Quellen und erzeugen kontinuierliche tiefenaufgelöste Zeitreihen der Zooplanktonhäufigkeit - der erste standardisierte bipolare Zooplankton-Datensatz mit hoher zeitlicher Auflösung. WP2 integriert diese Daten mit Langzeitbeobachtungen mikrobieller Gemeinschaften zur Rekonstruktion trophieübergreifender ökologischer Netzwerke. Mittels Co-occurrence-Analyse, Convergent Cross Mapping (CCM) und Energy Landscape Analysis (ELA) identifizieren wir funktionale Gemeinschaftsmodule, gerichtete Räuber-Beute-Interaktionen und Umweltkippunkte. Dieser Ansatz etabliert Kausalbeziehungen zwischen Taxa und verknüpft Gemeinschaftsdynamiken mit physikalischen Triebkräften wie Lichtverfügbarkeit, Temperatur und Meereisbedeckung. Die Analyse deckt auf, ob Bottom-up- oder Top-down-Kontrollen polare planktische Systeme dominieren, und identifiziert Schlüsseltaxa saisonaler Übergänge. WP3 führt umfassende vergleichende Synthese arktischer und antarktischer Planktongemeinschaften durch. Durch identische Netzwerk- und Stabilitätsanalysen bestimmen wir, ob polare Ökosysteme gemeinsamen ökologischen Prinzipien folgen, die durch solare Einstrahlung getrieben werden, oder regionsspezifischen Trajektorien. Zentrale Fragen: Zeigen beide Pole analoge saisonale "Winter-Reset"-Dynamiken? Sind funktionale Module trotz taxonomischer Unterschiede strukturell ähnlich? Wie unterscheiden sich Stabilitätslandschaften zwischen polaren Systemen? Das Projekt nutzt etablierte Kooperationen mit AWI, BAS und dem SPP-Netzwerk und gewährleistet Zugang zu hochwertigen polaren Datensätzen. Unser analytisches Instrumentarium, zuvor an arktischen mikrobiellen Gemeinschaften validiert, wird um Zooplankton erweitert. Erwartete Ergebnisse umfassen validierte Deep-Learning-Tools für UVP-Bildanalysen, gerichtete Nahrungsnetz-Netzwerke die kausale ökologische Interaktionen aufdecken, und den ersten quantitativen bipolaren Vergleich von Planktongemeinschaftsstabilität. Diese Erkenntnisse verbessern das prädiktive Verständnis polarer Ökosystemreaktionen auf Umweltveränderungen und tragen grundlegendes Wissen zu den SPP-Zielen bei.

DFG-Verfahren Infrastruktur-Schwerpunktprogramme

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