Lea Heidrich

• How diversity of life is generated, maintained, and distributed across space and time is the central question of community ecology. Communities are shaped by three assembly processes: (I) dispersal, (II) environ-mental, and (III) interaction filtering. Heterogeneity in environmental conditions can alter these filtering processes, as it increases the available niche space, spatially partitions the resources, but also reduces the effective area available for individual species. Ultimately, heterogeneity thus shapes diversity. However, it is stillHow diversity of life is generated, maintained, and distributed across space and time is the central question of community ecology. Communities are shaped by three assembly processes: (I) dispersal, (II) environ-mental, and (III) interaction filtering. Heterogeneity in environmental conditions can alter these filtering processes, as it increases the available niche space, spatially partitions the resources, but also reduces the effective area available for individual species. Ultimately, heterogeneity thus shapes diversity. However, it is still unclear under which conditions heterogeneity has positive effects on diversity and under which condi-tions it has negative or no effects at all. In my thesis, I investigate how environmental heterogeneity affects the assembly and diversity of diverse species groups and whether these effects are mediated by species traits. In Chapter II, I first examine how much functional traits might inform about environmental filtering pro-cesses. Specifically, I examine to which extent body size and colour lightness, both of which are thought to reflect the species thermal preference, shape the distribution and abundance of two moth families along elevation. The results show, that assemblages of noctuid moths are more strongly driven by abiotic filters (elevation) and thus form distinct patterns in colour lightness and body size, while geometrid moths are driven by biotic filters (habitat availability), and show no decline in body size nor colour lightness along elevation. Thus, one and the same functional trait can have quite different effects on community assembly even between closely related taxonomic groups. In Chapter III, I elucidate how traits shift the relative importance of dispersal and environmental filtering in determining beta diversity between forests. Environmental filtering via forest heterogeneity had on aver-age higher independent effects than dispersal filtering within and among regions, suggesting that forest heterogeneity determines species turnover even at country-wide extents. However, the relative importance of dispersal filtering increased with decreasing dispersal ability of the species group. From the aspects of forest heterogeneity covered, variations in herb or tree species composition had overall stronger influence on the turnover of species than forest physiognomy. Again, this ratio was influenced by species traits, namely trophic position, and body size, which highlights the importance of ecological properties of a taxo-nomic group in community assembly. In Chapter IV, I assess whether such ecological properties ultimately determine the level of heterogeneity which maximizes species richness. Here, I considered several facets of heterogeneity in forests. Though the single facets of heterogeneity affected diverse species groups both in positive and negative ways, we could not identify any generalizable mechanism based on dispersal nor the trophic position of the species group which would dissolve these complex relationships. In Chapter V, I examine the effect of environmental heterogeneity of the diversity of traits itself to evalu-ate, whether the effects of environmental heterogeneity on species richness are truly based on increases in the number of niches. The results revealed that positive effects of heterogeneity on species richness are not necessarily based on an increased number of niches alone, but proposedly also on a spatially partition of resources or sheltering effects. While ecological diversity increased overall, there were also negative trends which indicate filtering effects via heterogeneity. In Chapter VI, I present novel methods in measuring plot-wise heterogeneity of forests across continental scales via Satellites. The study compares the performance of Sentinel-1 and LiDar-derived measurements in depicting forest structures and heterogeneity and to their predictive power in modelling diversity. Senti-nel-1 could match the performance of Lidar and shows high potential to assess free yet detailed infor-mation about forest structures in temporal resolutions for modelling the diversity of species. Overall, my thesis supports the notion that heterogeneity in environmental conditions is an important driv-er of beta-diversity, species richness, and ecological diversity. However, I could not identify any general-izable mechanism which direction and form this effect will have.…
• Eine zentrale Frage in der Ökologie ist es, wie die Diversität von Artgemeinschaften generiert, aufrecht-erhalten, und über Zeit und Raum verteilt wird. Die Zusammensetzung von Artgemeinschaften wird durch drei Prozesse bestimmt, die einzelne Arten herausfiltern: (I) Ausbreitung, sowie (II) Umweltbedin-gungen und (III) Interaktionen mit anderen Arten. Heterogenität in Umweltbedingungen verändert das Zusammenspiel dieser Filterprozesse, da es die Anzahl verfügbarer Nischen erhöht und Ressourcen räum-lich aufteilt, aber auch den für die jeweiligeEine zentrale Frage in der Ökologie ist es, wie die Diversität von Artgemeinschaften generiert, aufrecht-erhalten, und über Zeit und Raum verteilt wird. Die Zusammensetzung von Artgemeinschaften wird durch drei Prozesse bestimmt, die einzelne Arten herausfiltern: (I) Ausbreitung, sowie (II) Umweltbedin-gungen und (III) Interaktionen mit anderen Arten. Heterogenität in Umweltbedingungen verändert das Zusammenspiel dieser Filterprozesse, da es die Anzahl verfügbarer Nischen erhöht und Ressourcen räum-lich aufteilt, aber auch den für die jeweilige Art verfügbaren Raum reduziert, was schlussendlich die Diver-sität der Artgemeinschaft beeinflusst. Es ist jedoch immer noch unklar, wann Heterogenität die Diversität positiv und wann negativ oder sogar überhaupt nicht beeinflusst. In dieser Dissertation werde ich der Fra-ge nachgehen, wie Heterogenität die Artzusammensetzung und Diversität verschiedenster Artengruppen beeinflusst und ob deren Reaktion auf Heterogenität durch Artmerkmale beeinflusst wird. In Kapitel II untersuche ich zunächst inwieweit funktionale Merkmale den Einfluss von Umweltbedingun-gen auf Arten widerspiegeln. Dazu untersuchte ich den Einfluss von Körpergröße und Helligkeit auf die Verbreitung und Abundanz zweier Nachtfalterfamilien entlang eines Höhengradienten. Es zeigte sich, dass Noctuidae stärker von abiotischen Filterprozessen, d.h. Höhe, betroffen waren und klare Zu- bzw. Ab-nahmen in Körpergröße und Helligkeit entlang der Höhe aufwiesen, während Geometridae eher von bioti-schen Filterprozessen, d.h. der Verfügbarkeit ihres Habitats, beeinflusst wurden und keine Merkmalsmus-ter entlang der Höhe aufwiesen. Entsprechend kann ein- und dasselbe Merkmal selbst innerhalb nah-verwandter Artgruppen unterschiedliche Effekte auf die Zusammensetzung von Arten haben. In Kapitel III erläutere ich, wie funktionelle Merkmale die relative Wichtigkeit von Ausbreitungs- und Umweltfiltern für beta-Diversität verschieben können. Sowohl innerhalb als auch zwischen den untersuch-ten Regionen beeinflusste Heterogenität in Wäldern die beta-Diversität stärker als die räumliche Distanz. Letztere wurde allerdings immer bedeutender, je schlechter die Ausbreitungsfähigkeit der jeweiligen Arten-gruppe war. Wenn die Heterogenität in Wäldern nach floristischen und strukturellen Aspekten aufgeteilt wird, so hatte erstere alles in allem einen stärkeren Einfluss auf Unterschiede zwischen Artgemeinschaften. Bei Artengruppen höheren trophischen Levels und größeren Körperbaus hatten die strukturellen Aspekte jedoch einen stärkeren Einfluss. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die Artzusammensetzung von be-stimmte Merkmale beeinflusst werden kann. In Kapitel IV untersuche ich ob solche Merkmale das Level an Heterogenität festlegen, an welchen Arten-reichtum am höchsten ist. Dazu betrachtete ich mehrere Aspekte von Heterogenität in Wäldern. Obwohl Heterogenität in diesen Aspekten sowohl positive als auch negative Einfluss auf den Artenreichtum der verschiedensten Artengruppen hatte, konnten wir diese nicht anhand der Ausbreitungsfähigkeit oder des trophischen Levels der Artengruppen ableiten. In Kapitel V untersuche ich schließlich den Effekt von Heterogenität auf die Vielfalt von funktionalen Merkmalen. Dieser Ansatz soll helfen zu evaluieren, ob eventuelle Anstiege in der Artenzahl mit Hetero-genität einem Zuwachs in der Anzahl der ökologischen Nischen zurückzuführen sind. Die Ergebnisse legen nahe, dass ein Anstieg von Artenreichtum nicht dadurch beeinflusst wird, sondern auch durch ande-re Mechanismen wie die räumliche Aufteilung von Ressourcen oder durch die Schaffung von Zufluchts-räumen. Obwohl Heterogenität die ökologische Diversität überwiegend positiv beeinflusste, gab es auch einige negative Reaktionen die darauf hindeuten, dass Heterogenität auch bestimmte Merkmale aus einer Artgemeinschaft herausfiltern kann. In Kapitel VI präsentiere ich neue, Satelliten-gestützte Methoden in der Erfassung von Waldstrukturen. In dieser Studie werden die Eignung von LiDar (Lasergestützte Waldvermessungen aus der Luft) und Senti-nel-1 (Satellitenscan durch Radiowellen) verglichen, Waldstrukturen und deren Heterogenität zu messen sowie verschiedene Diversitäts-indices zu modellieren. Hierbei schnitt Sentinel-1 ähnlich gut ab wie LiDar. Somit zeigt Sentinel-1 großes Potential zukünftige Biodiversitätsaufnahmen zu unterstützen, auch aufgrund der kostenfreie Verfügbarkeit von Daten, deren globalen Abdeckung und hohen zeitlichen Auflösung. Insgesamt unterstützen die Ergebnisse meiner Arbeit die große Bedeutung von Heterogenität, insbesonde-re von Waldstrukturen, für beta-Diversität, Artenreichtum und funktionaler Diversität. Allerdings konnte keine generelle Regel identifiziert werden, nach der sich vorhersagen lassen würde welche genaue Richtung dieser Effekt haben wird.…