Project

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Predicting the formation of plant-herbivore interactions using information processing traits

Applicant Zu Pengjuan
Number 196506
Funding scheme Spark
Research institution
Institution of higher education Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology - EAWAG
Main discipline Ecology
Start/End 01.12.2020 - 31.08.2021
Approved amount 99'482.00
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Keywords (7)

Information theory; Plant-insect interaction; Plant volatile; Chemical communication ; Ecological forecasting; Theoretical ecology; Ecological network

Lay Summary (German)

Lead
Pflanzen und Insekten sind Kernbestandteile in den meisten Ökosystemen und für die biologische Vielfalt und ökologischen Dienstleistungen von entscheidender Bedeutung. Anthropogene Effekte haben jedoch die Häufigkeit und das Ausmass von Umweltveränderungen weltweit erhöht und eine ernstzunehmende Bedrohung für Pflanzen und Insekten und deren Wechselwirkungen geschaffen. Die Antizipation von Arteninteraktionen wird derzeit durch das Fehlen integrativer Daten sowie durch das Fehlen konzeptioneller Rahmenbedingungen und angewandter Methoden behindert.
Lay summary

Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts:
In diesem Projekt möchte ich funktionale Merkmale und Netzwerkökologie integrieren, um neuartige Methoden zu entwickeln, mit denen die Mechanismen zur Bildung von Arteninteraktionen in ökologischen Gemeinschaften untersucht werden können. Zunächst werde ich die Netzwerkdaten in eine neue chemische Dimension einbeziehen, indem ich Pflanzenduft in den ökologischen Gemeinschaften sammle.
Durch die Integration von chemischer Ökologie und Netzwerkökologie werde ich einen neuartigen Rahmen entwickeln, um die Rolle chemischer Informationen bei der Vermittlung von Arteninteraktionen in ökologischen Gemeinschaften zu untersuchen und die Vorhersagekraft chemischer Informationen bei der Vorhersage der Artenzusammensetzung und -wechselwirkungen zu testen. Indem ich einen Wald besser rieche, möchte ich letztendlich vorhersehen, welche Pflanzen- und Pflanzenfresserarten es gibt, wie sie interagieren, ob die natürlichen Systeme gut oder schlecht funktionieren und welche Signale für Schädlingsausbrüche es gibt.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts:
Insgesamt wird dieses interdisziplinäre Projekt neue mechanistische Einblicke in den Aufbau ökologischer Netzwerke in Ökosystemen liefern. Das in dieser Arbeit entwickelte Wissen und die quantitativen Instrumente werden neue Ansätze zur Bewältigung der großen Herausforderung der Vorhersehbarkeit in der ökologischen Forschung eröffnen und für die Entwicklung erfolgreicher Strategien zur Erhaltung von Ökosystemleistungen nützlich sein.

Direct link to Lay Summary Last update: 12.10.2020

Responsible applicant and co-applicants

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Meredith Schuman Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Ek del-Val Mexico (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
ISEB Seminar Series Talk given at a conference Deciphering the chemical language between plants and insects in ecological communities 11.06.2021 Zurich, Switzerland Zu Pengjuan;
Aquatic Ecology & Macroevolution seminar Talk given at a conference Information Ecology: Understanding ecological networks using information processing traits 21.04.2021 Online, Switzerland Zu Pengjuan;


Abstract

In the face of more serious and more frequent threats to ecological systems, species interactions are vulnerable yet particularly important for ecosystem functioning. Nevertheless, anticipating species interactions are currently hampered by the lack of integrative data recording both species interaction networks and functional traits of species at the community level, and more crucially, by the lack of conceptual frameworks and applied methodologies. Studies that seek for identifying mediators of interactions (e.g., plant volatile organic compounds, VOCs) have often focused on a few model species in controlled environments, isolated from the ecological networks in which they are normally embedded. On the other hand, network ecology studies species interactions at the community level focusing on the roles of topological structures, but lacks the integration of functional traits to gain more mechanistic insights. In this project, I aim to integrate functional traits and network ecology to develop novel methods to explore the mechanisms on the formation of species interactions in ecological communities. Specifically, the proposed project is based on a 12-year follow-up study (2007-2018) on plant-herbivore interaction networks in a tropical dry forest. First, I will incorporate the network data within a new chemical dimension by collecting plant VOCs in the ecological communities. Further, by integrating chemical ecology and network ecology, I will develop a novel framework to tackle the roles of chemical information in mediating species interactions in ecological communities to test the predictive power of chemical information in forecasting species composition and interactions. By better smelling a forest I ultimately aim to anticipate what plant and herbivore species are there, how do they interact, whether the natural systems are well- or ill-functioning and signals for pests outbreaks. Overall, this interdisciplinary project will deliver novel mechanistic insights into the assembly of ecological networks in ecosystems. The knowledge and quantitative tools developed in this work will open up new approaches to tackle the big challenge of predictability in ecological research, and will be useful for developing successful strategies for sustaining ecosystem services.
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