Ludwig Klaus Theodor Leidinger

• Life on oceanic islands provides a playground and comparably easy\-/studied basis for the understanding of biodiversity in general. Island biota feature many fascinating patterns: endemic species, species radiations and species with peculiar trait syndromes. However, classic and current island biogeography theory does not yet consider all the factors necessary to explain many of these patterns. In response to this, there is currently a shift in island biogeography research to systematically consider species traits and thus gain aLife on oceanic islands provides a playground and comparably easy\-/studied basis for the understanding of biodiversity in general. Island biota feature many fascinating patterns: endemic species, species radiations and species with peculiar trait syndromes. However, classic and current island biogeography theory does not yet consider all the factors necessary to explain many of these patterns. In response to this, there is currently a shift in island biogeography research to systematically consider species traits and thus gain a more functional perspective. Despite this recent development, a set of species characteristics remains largely ignored in island biogeography, namely genomic traits. Evidence suggests that genomic factors could explain many of the speciation and adaptation patterns found in nature and thus may be highly informative to explain the fascinating and iconic phenomena known for oceanic islands, including species radiations and susceptibility to biotic invasions. Unfortunately, the current lack of comprehensive meaningful data makes studying these factors challenging. Even with paleontological data and space-for-time rationales, data is bound to be incomplete due to the very environmental processes taking place on oceanic islands, such as land slides and volcanism, and lacks causal information due to the focus on correlative approaches. As promising alternative, integrative mechanistic models can explicitly consider essential underlying eco\-/evolutionary mechanisms. In fact, these models have shown to be applicable to a variety of different systems and study questions. In this thesis, I therefore examined present mechanistic island models to identify how they might be used to address some of the current open questions in island biodiversity research. Since none of the models simultaneously considered speciation and adaptation at a genomic level, I developed a new genome- and niche-explicit, individual-based model. I used this model to address three different phenomena of island biodiversity: environmental variation, insular species radiations and species invasions. Using only a single model I could show that small-bodied species with flexible genomes are successful under environmental variation, that a complex combination of dispersal abilities, reproductive strategies and genomic traits affect the occurrence of species radiations and that invasions are primarily driven by the intensity of introductions and the trait characteristics of invasive species. This highlights how the consideration of functional traits can promote the understanding of some of the understudied phenomena in island biodiversity. The results presented in this thesis exemplify the generality of integrative models which are built on first principles. Thus, by applying such models to various complex study questions, they are able to unveil multiple biodiversity dynamics and patterns. The combination of several models such as the one I developed to an eco\-/evolutionary model ensemble could further help to identify fundamental eco\-/evolutionary principles. I conclude the thesis with an outlook on how to use and extend my developed model to investigate geomorphological dynamics in archipelagos and to allow dynamic genomes, which would further increase the model's generality.…
• Inseln sind nützliche Modellsysteme für das Verständnis von Biodiversität im Allgemeinen. Dies wird verstärkt durch den Umstand, dass Flora und Fauna auf Inseln eine Vielzahl einzigartiger Phänomene aufweisen: von endemischen Arten über Artenradiationen bis hin zu außergewöhnlichen Arteigenschaften. Bisherige Theorien der Inselbiogeographie berücksichtigen jedoch nicht alle Faktoren, die nötig wären, um solche Phänomene zu erklären. Derzeitige Bemühungen zielen daher darauf ab, Arteigenschaften systematisch mit bestehenden Theorien zuInseln sind nützliche Modellsysteme für das Verständnis von Biodiversität im Allgemeinen. Dies wird verstärkt durch den Umstand, dass Flora und Fauna auf Inseln eine Vielzahl einzigartiger Phänomene aufweisen: von endemischen Arten über Artenradiationen bis hin zu außergewöhnlichen Arteigenschaften. Bisherige Theorien der Inselbiogeographie berücksichtigen jedoch nicht alle Faktoren, die nötig wären, um solche Phänomene zu erklären. Derzeitige Bemühungen zielen daher darauf ab, Arteigenschaften systematisch mit bestehenden Theorien zu vereinen. Trotz dieser Entwicklung werden genomische Arteigenschaften bislang in solch einer funktionalen Inselbiogeographie weitestgehend ignoriert, obwohl es Hinweise darauf gibt, dass genomische Faktoren einige der faszinierenden Diversifizierungsmuster einschließlich Artenradiationen erklären könnten. Die Erforschung dieser Faktoren gestaltet sich aufgrund des Mangels an umfangreichen, aussagekräftigen Daten jedoch als schwierig. Selbst unter Zuhilfenahme von paläontologischen Daten und substituierten Daten aus vergleichbaren Systemen lassen sich Unvollständigkeiten in den Daten und das Problem fehlender Kausalzusammenhänge schwer überwinden. Eine vielversprechende Alternative stellen mechanistische Modelle dar, von denen einige bereits für eine Vielzahl von Systemen und Forschungsprojekten eingesetzt wurden. In dieser Dissertation wurden daher mechanistische Inselmodelle untersucht, um herauszufinden, inwiefern sich diese für derzeitige offene Fragen in der Inselbiogeographie eignen würden. Da keines der untersuchten Modelle gleichzeitig Artbildung and Anpassung unter Berücksichtigung von genomischen Faktoren abbildet, wurde ein neues genom- und nischenexplizites, individuenbasiertes Modell entwickelt. Dieses wurde benutzt, um drei verschiedene Phänomene im Kontext der Inselbiogeographie zu untersuchen: die Anpassung an Umweltvariation, Artenradiationen und Invasionen durch exotische Arten. Mit diesem neuentwickeltem Modell konnte gezeigt werden, dass kleinere Arten mit flexiblen Genomen unter variablen Umwelteigenschaften erfolgreicher sind, dass eine komplexe Kombination aus Ausbreitungsfähigkeiten, Fortpflanzungsstrategien und genomischen Arteigenschaften das Entstehen von Artenradiationen beeinflussen und dass Invasionen vor allem von der Einführungsintensität und den Arteigenschaften exotischer Arten getrieben sind. Diese Ergebnisse demonstrieren, wie die Berücksichtigung funktionaler Arteigenschaften dabei helfen kann, einige bislang wenig untersuchte Phänomene der Inselbiogeographie zu verstehen. Die Ergebnisse dieser Dissertation stehen beispielhaft für die Allgemeingültigkeit integrativer, auf Grundzusammenhängen aufbauender Modelle. Dies wird durch die Aufdeckung diverser Biodiversitätsmuster und -dynamiken im Rahmen der Bearbeitung verschiedener komplexer Fragestellungen hervorgehoben. Weitere Modelle, wie das hier beschriebene, könnten sogar in einem Modellensemble kombiniert werden, um öko-evolutionare Grundprinzipien zu identifizieren. Abschließend wird ein Ausblick auf die Möglichkeit gewährt, das Modell weiterzunutzen und zu erweitern, um beispielsweise geomorphologische Archipeldynamiken oder dynamische Genome abzubilden, und damit die Allgemeingültigkeit des Modells noch zu erweitern.…