 |
The functional diversity – ecosystem functioning relationship in natural phytoplankton communities
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124681 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Abonyi, András |
| Title in Hungarian |
Funkcionális diverzitás – ökoszisztéma működés kapcsolata fitoplanktonra |
| Title in English |
The functional diversity – ecosystem functioning relationship in natural phytoplankton communities |
| Keywords in Hungarian |
funkcionális egyenletesség, funkcionális divergencia, funkcionális diszperzió, funkcionális traitek, funkcionális csoportok |
| Keywords in English |
functional evenness, functional divergence, functional dispersion, functional traits, functional groups |
| Discipline |
| Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences) | 90 % | | Ortelius classification: Fresh water ecosystems | | Hydrobiology, ecological status assessment, applied ecology (Council of Complex Environmental Sciences) | 10 % | | Ortelius classification: Hydrobiology |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Institute for Aquatic Ecology, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research) |
| Starting date |
2017-12-01 |
| Closing date |
2021-02-28 |
| Funding (in million HUF) |
6.098 |
| FTE (full time equivalent) |
0.87 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Korábbi eredményeink alapján bizonyított, hogy tavi fitoplankton esetében a funkcionális jellegzetességek befolyásolják az ökoszisztéma működést, ahol a karekterisztikusan megjelenő funkcionális fajcsoportok száma (FG) erősebben prediktálta a működést, mint a taxonszám. A fitoplankton kompozícióban fellelhető funkcionális trait kompozíciók száma, ugyanakkor nem prediktálta egyértelműen a működést. Azonban ezen funkcionális szám metrikák nem tartalmazzák a fajok dominancia viszonyait és azok funkcionális térben való eloszlását. Jelen kutatás fő célja a biodiverzitás-ökoszisztéma működés (B-EF) kapcsolat elemzése a funkcionális diverzitás komponensei alapján természetes tavi és folyóvízi fitoplankton esetén. Ezen funkcionális komponensek várhatóan rávilágítanak a dominancia viszonyok jelentőségére, mind a taxonómiai, mind pedig a funkcionális jellegzetességeket tekintve. Eredményeink várhatóan olyan ökológiai összefüggésekre mutatnak rá, ahol a fitoplankton ökoszisztéma működése általánosan magyarázható oligotróf és eutróf tavak esetében is; várhatóan a funkcionális evenness komponens alapján. Előzetes ereményeink alapján a taxonszám negatívan, míg az attól független funkcionális csoportszám pozitívan prediktálja az ökoszisztéma működést folyóvízi fitoplankton esetén. Ennek megfelelően azt várjuk, hogy a funkcionális csoportszámot, valamint a funkcionális diverzitás komponenseit alapul véve jobban megérthető a folyóvízi fitoplankton szerveződése és működése. Eredményeink alapján jövőbeni kísérletes munka tervezhető a B-EF tanulmányozására, valamint lehetővé válik az ökoszisztéma működés már létező fitoplankton funkcionális módszereken alapuló effektív modellezése.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Legújabb kutatási eredmények egyértelműen alátámasztják a pozitív biodiverzitás-ökoszisztéma működés (B-EF) kapcsolatot fitoplanktonra. A pozitív B-EF kapcsolat önmagában – diverzebb közösségek hatékonyabban működnek –, azonban nem ad magyarázatot a kapcsolatot fenntartó mechanizmusokra. Ezen mechanizmusok jobb megértésére irányulóan nő az érdeklődés a funkcionális diverzitás komponensei iránt. Hipotézisünk, hogy ezen funkcionális diverzitás komponensek (divergencia, egyenletesség, diszperzió) lehetővé teszik fitoplankton együttesek működésének jobb prediktálását, valamint a mechanizmusok megértését. Jelen kutatás választ ad arra a kérdésre, hogy a funkcionális diverzitás komponensei hatékonyabban magyarázzák-e az ökoszisztéma működést mint a taxon, vagy funkcionális csoportszám tavi fitoplankton esetén. Amennyiben igen, eredményeink rávilágítanak arra is, hogy mely funkcionális diverzitás komponens magyarázza a funkcionális metrikák hatékonyabb működését a taxon alapú metrikákhoz viszonyítva. Továbbá választ kapunk arra, hogy a funkcionális csoportszám és a funkcionális diverzitás komponensei lehetővé teszik-e a folyóvízi fitoplankton kompozíció jobb megértését; valamint, hogy a funkcionális trait és csoport alapú dominancia viszonyok hogyan befolyásolják az ökoszisztéma működést.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A funkcionális diverzitás információval szolgál arról, hogy a fajok milyen szerepet töltenek be egy közösségen belül, valamint összefoglalja azon funkcionális jellegzetességeiket, melyek hatással vannak a működésre. Szárazföldi növénytársulásoknál bizonyított, hogy a filogenetikai és funkcionális diverzitás jobban prediktálja az ökoszisztéma működést, mint a taxon vagy a funkcionális csoportszám. Továbbá, trait alapú modellek jobban becsülték az ökoszisztéma működést, mint a taxonszám. Ennek megfelelően a funkcionális diverzitás kiváló lehetőséget nyújt a biodiverzitás – ökoszisztéma működés (B-EF) jobb megértéséhez. Annak ellenére, hogy nő az érdeklődés a funkcionális módszerek iránt, szárazföldi növénytársulásokhoz viszonyítva csak néhány fitoplankton tanulmány igazolta a trait alapú metrikák előnyét a B-EF kapcsolatban. Továbbá a funkcionális diverzitást a közösség ökoszisztéma működésének szempontjából korábban folyóvízi fitoplankton esetében még nem vizsgálták. Jelen kutatás alapjaiban teszteli, hogy a fitoplankton kompozícióról alkotott ismereteink létező funkcionális koncepciókat alapul véve elegendőek-e arra, hogy a taxonómiai információt egy egyszerűbb, de jól működő funkcionális rendszerre fordítsuk le. Amennyiben ez lehetséges, eredményeink tavi és folyóvízi fitoplankton ökoszisztéma működésének prediktív modellezését motiválhatják, méghozzá létező funkcionális koncepciókat alapul véve. Ez hozzájárulhat pl. a globális klímaváltozás elsődleges termelőkre gyakorolt hatásának, vagy táplálékhálózatok struktúráltságának és működésének funkcionális egységeken alapuló jobb megértéséhez. Jelen projekt főbb erőssége, hogy a B-EF kapcsolatot ellenőrzött, több ezer tavi (oligo-, és eutróf) illetve folyóvízi fitoplankton kompozíciót magában foglaló adatbázisokon, hazai szakártői csoportok együttműködése és nemzetközi kooperáció részeként vizsgálja.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Jelen projektben az édesvízi plankton elsődleges termelőit (fitoplankton) vizsgáljuk funkcionális jellegzetességeik alapján. Ismert, hogy nagyobb fajszámú közösségek ökoszisztéma működése – pl. az egységnyi tápanyagból felépített biomassza mennyiség – magasabb. Ezt biodiverzitás – ökoszisztáma működés (B-EF) kapcsolatnak hívjuk. Azonban szimplán a több faj jelenléte nem magyarázza a magasabb és stabilabb ökoszisztéma működést. Jelen esetben funkcionális jellegzetességek (pl. kicsi, közepes, nagy sejtmért; egysejtű, kolóniás, fonalas életforma), valamint a karakterisztikusan megjelenő fajegyüttesek úgynevezett funkcionális csoportjainak hatását vizsgáljuk természetes fitoplankton közösségek ökoszisztéma működésre. Ezen összefüggések jobbára szárazföldi növénytársulásokon tanulmányozottak, fitoplankton esetében ritkák, folyóvízi fitoplanktonra pedig korábban ilyen vizsgálat nem történt. Azt várjuk, hogy amennyiben számszerűsítjük a fitoplankton fajok funkcionális jellegzetességek és csoportok közötti megoszlását, jobban meg tudjuk magyarázni a B-EF összefüggést. Eredményeink tavi és folyóvízi fitoplankton ökoszisztémák működésének prediktív modellezését motiválhatják, ami pl. a globális klímaváltozás elsődleges termelőkre gyakorolt hatásának, vagy táplálékhálózatok - melyek teljes egészében az elsődleges termelésre épülnek - működésének jobb megértéséhez vezethet.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Recently, we showed that functional identity of lake phytoplankton taxa mattered to ecosystem functioning, whereas the functional group richness (FG) based on characteristic species associations better predicted functioning than taxonomic richness. Using the same approach, the number of unique functional trait combinations (FT) did not provide such a direct relationship with functioning. However, the FG and FT richness metrics used do not reflect dominance relationships among taxa and in the functional trait/group space. Here, the major aim is to analyze the biodiversity – ecosystem functioning (B-EF) relationship based on functional diversity components in natural lake and riverine phytoplankton communities. These components potentially highlight the importance of dominance relationships in the taxonomic and functional compositions. We therefore expect to find general ecological rules based on functional diversity components affecting ecosystem functioning in both oligotrophic and eutrophic lake phytoplankton, especially based on the functional evenness component. Our preliminary results suggest that ecosystem functioning in riverine phytoplankton scales negatively with taxonomic richness, but the FG richness unexplained by taxonomic richness positively predicts ecosystem functioning. Therefore, we expect that functional richness and diversity components enhance our ability to better understand the structuring and functioning of riverine algal communities. Our results will provide elementary basis for future experimental studies in B-EF and open towards effective modelling of ecosystem functioning based on existing phytoplankton functional approaches.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Recent studies clearly support a positive biodiversity-ecosystem functioning (B-EF) relationship in phytoplankton communities. The existence of positive B-EF scaling itself – higher functioning occurs in more diverse communities –, however, does not give explanation for the underlying mechanisms. In an attempt to better understand these mechanisms, there is a growing interest in functional diversity components of communities. We hypothesize that functional diversity components (divergence, evenness, dispersion) of phytoplankton communities are able to enhance our ability in predicting ecosystem functioning. The research project will answer whether functional diversity components better predict ecosystem functioning than taxonomic and functional richness in lake phytoplankton, or not. If they do, we highlight which functional component is responsible for the success of functional metrics over taxonomic metrics. Furthermore, we answer whether functional richness and functional diversity components provide reliable basis to better understand the source and composition of riverine phytoplankton; and what is the role of dominance relationships among functional traits and groups in determining ecosystem functioning.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Functional diversity provides information about what species do in communities, and summarizes the value and range of traits that influence ecosystem functioning. In terrestrial plant communities, phylogenetic and functional diversity have been found to better predict ecosystem functioning than taxonomic and functional group richness. Furthermore, trait-based models repeatedly predicted ecosystem functioning better than taxonomic richness. Therefore, the use of functional diversity is a valuable approach to better understand the biodiversity – ecosystem functioning (B-EF) relationship. In spite of the growing interest in functional approaches, compared to terrestrial systems, only a few studies have validated trait-based metrics in terms of predicting B-EF in phytoplankton. Furthermore, compared to lake systems, functional diversity in connection with ecosystem functioning has never been studied in riverine phytoplankton yet. The present research project is also a test whether our current understanding of phytoplankton composition based on existing functional approaches is sufficient to translate the taxonomic information into a reduced but reliable functional matrix. If this is the case, our results will further motivate predictive modelling of ecosystem functioning in lake and river ecosystems using phytoplankton functional approaches. That could further help i.e. the better understanding of the impact of global climate change on primary producers or food web structuring and dynamics based on reliable functional compartments. Among the most important strengths of the project, we will analyze the B-EF using controlled datasets including thousands of lake (both oligo- and eutrophic) and river phytoplankton compositions in a broad cooperation of expert groups at national and international levels.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
In the present project, primary producers of freshwater plankton (phytoplankton) will be studied based on their functional characteristics. It is known that in communities that include more species, ecosystem functioning like building up biomass from resources is higher. This is called the biodiversity – ecosystem functioning relationship (B-EF). However, simply the presence of more species does not explain the higher and more efficient functioning. Here, we will study how functional traits of species (i.e. small, medium, large cell size or single celled, colonial, filamentous life forms) and functional groups based on characteristic species co-occurrences affect the functioning of natural phytoplankton communities. This relationship has mainly been studied in terrestrial plant communities, rarely in phytoplankton, and not yet in riverine phytoplankton. We expect that metrics detailing the distribution of species among functional traits and groups will further explain the B-EF relationship. This could motivate predictive modelling of ecosystem functioning using phytoplankton functional approaches in lake and river ecosystems, and may help the better understanding of the impact of global climate change on primary producers, or the functioning of food webs, which are entirely based on primary production.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
