Verfügbare Studierendenprojekte
Liebe Studierende,
wir bieten Ihnen eine Vielzahl von Projekten zur Auswahl, die Sie als Forschungsmodul oder als Bachelor- oder Masterarbeit bearbeiten können.
Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Prof. Dr. Meike Wittmann. Vielen Dank!
- Role of individual variation and niche mechanisms in evolution of virulence ( in engl. language)
Evolution of virulence is a serious issue in the fields of public health, veterinary medicine, and conservation. The importance was reiterated recently during the SARS-CoV-2 pandemic outbreak. Being an emergent property of both host and pathogen (parasite), individual variation in interacting individuals (like host heterogeneities in immunity or parasite heterogeneities in host exploitativeness) could have implications on virulence. Adding to the complexity, the individuals of the interacting species could alter their niche by modifying the environment (example parasite manipulating the immunity of host) or conforming to the environment or choosing their environment of interaction. How such individual variation coupled with niche altering mechanisms affects the evolution of virulence has not received much attention. We will thus try to see how ITV and niche mechanisms affect the evolution of virulence.
Project leader: Vishnu Venugopal, PhD-Student
Projekt in englischer Sprache
- How does species dispersal and habitat configuration impact plant-pollinator species rewiring and architecture of plant-pollinator networks? (in engl. language)
Dr. G. Baruah Species rewiring is the reshuffling of interaction partners in ecological networks over time, often driven by environmental change, species densities, or trait variation. In plant–pollinator systems, rewiring occurs when species form new interactions or abandon old ones, such as pollinators visiting different plants due to shifts in flowering time, partner availability, or trait matching (e.g., proboscis length vs. corolla depth).
Intraspecific trait variation often facilitates rewiring, helping networks reorganize without species loss and thereby enhancing stability under disturbance. Species dispersal is the movement of individuals across habitats or populations. In plant–pollinator networks, it includes pollinators foraging across fragmented or continuous landscapes, or plants dispersing seeds and pollen to new areas, encountering novel pollinator assemblages. Dispersal operates across ecological and evolutionary timescales, driving gene flow, colonization, and range shifts under environmental change.
How dispersal could impact species interactions, and network architecture:
Dispersal can affect species interactions and network architecture in several important ways:- 1. Encounter rates and partner turnover
When species disperse into new habitats, they encounter novel potential partners, which can lead to the formation of new interactions. This is a direct mechanism by which rewiring can occur: species substitute previous partners for new ones as a consequence of spatial movement.
- 2. Habitat configuration and trait matching
Dispersal across heterogeneous landscapes may expose species to new abiotic environments and selective pressures, potentially altering phenotypic traits (e.g., flowering time, body size) relevant to interactions. These trait shifts can further modulate the compatibility of interactions.
- 3. Temporal and spatial mismatches
If plant and pollinator species disperse or respond differently to environmental gradients (e.g., temperature), this can disrupt synchrony, reducing effective interactions or forcing rewiring. For instance, a plant species that colonizes a higher elevation may no longer coincide in time with its traditional pollinator, leading to interaction loss or replacement.
Tasks you will do:
- You will learn about plant-pollinator mutualistic systems and how to model their eco-evolutionary dynamics.
- You will learn core concepts from network theory and apply them to study the spatial and temporal dynamics of plant–pollinator networks, with the goal of generating testable predictions.
- (If time permits) Develop models of plant–pollinator network dynamics and integrate empirical data or field observations to validate model outcomes.
Project leader: Dr. Gaurav Baruah
Projekt in engl. Sprache
- Evolutionary rescue in complex ecological networks under fluctuating environments (in engl. language)
Bachelor or Master’s thesis project
Evolutionary rescue occurs when adaptive genetic change restores positive population growth in a declining population facing rapid environmental deterioration. Plant-pollinator networks are particularly prone to such crises under climate warming, because temperature-driven shifts in phenology can desynchronize flowering and insect emergence, weakening mutualistic benefits and amplifying competitive pressures within guilds. Network architecture further odulates vulnerability: low connectance or poorly nested structures reduce alternative interaction pathways, increasing the risk that mismatches propagate and impact community-wide biomass. To assess whether evolutionary rescue is feasible in realistic communities, models should couple quantitative trait evolution for temperature-sensitive phenology with the ecological feedbacks generated by mutualistic gains and competitive costs. Fluctuating environments are essential to consider, since variable seasonal temperatures can repeatedly push populations below viability thresholds while also reshaping selection on both mean phenology and its genetic variance. Incorporating stochastic temperature trajectories allows exploration of how conflicting selection to track partners versus track climate affects evolvability, potentially contracting or inflating standing variance across species.
Questions this project will ask:
1. How does fluctuating environmental change impact evolutionary rescue in complex mutualistic networks?
2. Can fluctuating environmental change be beneficial for evolutionary rescue in certain cases? Do species with high degree centrality, or betweenness centrality in such networks be favoured in evolutionary rescue when environment shifts are variable?
What you will learn:
1. Concepts of evolutionary rescue, adaptation to extreme environments, plant-pollinator eco-evolutionary dynamics, network ecology, and applying those concepts.
2. Gather and collate empirical network data from open access databases.
3. To code and write how to model such communities in R or C++ or any language you prefer.
Project leader: Dr. Gaurav Baruah- Intraspecific trait variation and niche choice in predator-prey dynamics
Individuals differ from one another in many charachteristics called traits. These traits can include body size, growth rate, behavior, etc. Intraspecific trait variation (ITV) refers to these differences within a single species.
ITV can be important for population performance in a variable and changing environment because individuals with different traits have different fitness consequences (surviving and producing offspring) in different environments. Furthemore, individuals can potentially improve their fitness by interacting with their environment, for example, by performing niche choice and moving to a different patch with more favorable conditions. This becomes important when modelling predator-prey dynamics. For example, to come up with the best strategy for pest control (when movement of predators is affected by pest prey availability), or establishing protected areas (when predators migrating out of the protected area may be beneficial for commercial harvesting industries).
In this project we will develop an individual-based model of a predator-prey system in a patchy environment with ITV and niche choice.
Research questions
- How ITV and niche choice affect predator-prey dynamics?
- What effects ITV and niche choice have on persistence of both predator and prey in a variable and changing environment?
Learning objectives
- Learn concepts of niche and ITV.
- Learn how to implement an individual-based model in R programming language.
- Learn how to visualize and present scientific results effectively.
Contact information:
Anastasiia Enne anastasiia.enne@uni-bielefeld.de
or
Meike Wittmann meike.wittmann@uni-bielefeld.de- Offenes Thema: Entwicklung eines Individuen-basierten Modells (IBM) in NetLogo
NetLogo ist eine Programmiersprache die es auch Menschen mit wenig Programmiererfahrungen ermöglicht, individuen-basierte Simulationsprogramme zu entwickeln. In diesem Modul lernen Studierende zuerst fundamentale Programmiertechniken in NetLogo. Danach entwickeln sie ihr eigenes Modell zu einem Thema ihrer Wahl. Das Modul wird vervollständigt durch eine Präsentation des Modells und seiner Ergebnisse.
Mögliche Projektideen sind:
- Ursachen und Konsequenz von innerartlicher Variation (ITV)
- Räuber-Beute Dynamiken
- Vogel-Migration
Statt NetLogo kann auch R verwendet werden.
Projektleiter: Dr. Matthias Spangenberg
Laufende oder bereits abgeschlossene Projekte
- Chemodiversität: Interaktionen zwischen Pflanze und Bestäuber
Pflanzen erzeugen eine enorme Vielfalt an chemischen Abwehrstoffen. Viele sind flüchtiger Art, d. h. sie verdunsten aus der Pflanze heraus und können von den Pflanzenfressern wahrgenommen werden.
In diesem Projekt werden Sie die Balance zwischen chemischer Verteidigung und Bestäubung untersuchen. Zu diesem Zweck erweitern Sie ein bestehendes Modell zur Chemodiversität. Sie verwenden empirische Daten zur Parametrisierung des Modells und programmieren sie in C++, führen Simulationen durch und analysieren die Daten, die Sie erhalten.
- How are recommendations for managing species selected from conservation (in engl. language)
Many studies come up with recommendations for the management of both threatened and non-threatened species. However, not all recommendations are taken up by the relevant bodies. The criteria for selecting one recommendation over another vary between countries and regions.
This study aims to understand the relevance of studies on species management by estimating the consumption rate of recommendations from studies. What factors determine the choice of recommendations? Do the factors differ between threatened and non-threatened species? How do such factors vary between regions/countries? How does the current state of the species depend on the number of studies?
Such a study will involve a quantitative literature survey. More details to be discussed.
Project leader: Dr. Peter Nabutanyi
Projekt in englischer Sprache!
- Die Rolle der individuellen Variation für Allee-Effekte und Aussterbeschwellenwerte
Während Individuen in kleinen Populationen einige Vorteile genießen, z. B. geringere Konkurrenz, können sie auch mit Problemen konfrontiert werden, z. B. der Schwierigkeit, Paarungspartner zu finden, oder erhöhtem Raubbau. Dies kann zu einem so genannten demografischen Allee-Effekt führen, bei dem die Pro-Kopf-Wachstumsrate der Population bei kleinen Dichten sinkt. In schweren Fällen können solche Allee-Effekte zum Aussterben von Populationen führen, die unterhalb einer bestimmten Populationsgröße liegen.
Bisherige Modelle zu Allee-Effekten gingen im Allgemeinen davon aus, dass alle Individuen in der Population hinsichtlich ihrer demografischen Merkmale gleich sind. Wir wissen jedoch, dass es innerhalb von Populationen bei vielen dieser Merkmale eine große individuelle Variation gibt. Und individuelle Variationen, z. B. beim Paarungsverhalten, könnten Allee-Effekte und Aussterbeschwellenwerte stark beeinflussen.
Ziel dieses Projekts ist es, eine Literaturrecherche durchzuführen, um herauszufinden, was derzeit über die Auswirkungen individueller Merkmalsvariationen auf Allee-Effekte bekannt ist. Wir möchten ein einfaches, auf Individuen basierendes Modell entwickeln, um die Folgen individueller Variationen, z. B. im Partnerfindungsverhalten, auf Aussterbeschwellenwerte zu untersuchen.
Projektleitung: Prof. Dr. Meike Wittmann
- Chemodiversität - ein räumliches Modell
Pflanzen produzieren eine große Vielfalt an chemischen Abwehrstoffen. Viele sind flüchtig, d. h. sie verdampfen aus der Pflanze und können von Pflanzenfressern wahrgenommen werden.
In diesem Projekt werden Sie untersuchen, wie die chemische Vielfalt innerhalb und zwischen den Pflanzenteilen die Pflanzenabwehr beeinflusst. Zu diesem Zweck werden Sie ein bestehendes Modell der Chemodiversität erweitern. Sie programmieren diese Erweiterung des Modells in C++, führen Simulationen durch und analysieren die Daten, die Sie
produziert.Projektleitung: Frans Thon, Doktorand
- Die Rolle der individuellen Variation im Verhalten von Pflanzenfressern für die Erhaltung des Polymorphismus bei Pflanzen
Eine Art des Polymorphismus bei Pflanzen ist das Vorhandensein oder Fehlen von Verteidigungsmerkmalen gegen Pflanzenfresser, seien es giftige Chemikalien, Dornen oder Trichome. Manchmal koexistieren verteidigte und nicht verteidigte Pflanzen derselben Art auf demselben Fleck, und eine der möglichen Erklärungen für diese Koexistenz ist das selektive Verhalten von Pflanzenfressern: Wenn nicht verteidigte Pflanzen im Überfluss vorhanden sind, werden Pflanzenfresser selektiv und meiden verteidigte Pflanzen, während Pflanzenfresser unselektiv nach Nahrung suchen, wenn ihre bevorzugte Nahrungsquelle knapp ist. Dies führt zu einer frequenzabhängigen evolutionären Dynamik bei Pflanzen.
Im Rahmen des Projekts soll untersucht werden, wie individuelle Verhaltensvariationen bei Pflanzenfressern (z. B. ihre individuelle "Wählerschaft" für ihre bevorzugte Nahrung) die Populationsprozesse für die Pflanzenarten, die sie fressen, beeinflussen.
Es wird von Ihnen erwartet, dass Sie die Literatur durchsuchen, ein bestimmtes Studiensystem auswählen und ein einfaches individuelles Modell entwickeln, um die Dynamik der Interaktionen zwischen Pflanzen und Pflanzenfressern unter verschiedenen Verhaltensszenarien zu simulieren.
- Die Populationsdynamik des Borkenkäfers unter dem Einfluss des Klimawandels
Borkenkäferausbrüche stellen heute eines der größten Probleme für die Waldbewirtschaftung dar. In den europäischen Wäldern bereitet der Europäische Fichtenborkenkäfer, Ips typographus, die größte Sorge. Das Risiko von Ausbrüchen wird durch den Klimawandel noch verstärkt: Störungen der jahreszeitlichen Temperaturmuster, Dürreperioden, großflächige Baumbrüche usw. Diese Faktoren erhöhen die Anfälligkeit der Wälder für Borkenkäferbefall sowohl durch ihre Folgen für die Bäume als auch durch ihre Auswirkungen auf die Entwicklungszyklen und das Verhalten der Käfer.
Ziel dieses Projekts ist es, die Literatur über die Auswirkungen des Klimawandels auf das Verhalten und die Populationsdynamik von Ips typographus zu studieren, um die Hauptrisikoquellen für Käferausbrüche in deutschen Wäldern aufgrund des Klimawandels zu bewerten und anschließend ein einfaches Modell für die quantitative und qualitative Analyse des Problems zu entwickeln.
- Individuenbasierte Modellierung in NetLogo (offenes Thema)
Das Programm NetLogo ermöglicht es, ohne Programmier-Vorkenntnisse individuenbasierte Modelle zu erstellen. Solche Modelle sind nützlich, um zum Beipiel Räuber-Beute Beziehungen (Wölfe und Schafe) oder aber auch die Auswirkungen von Gummi- und Palmölpreisen auf die Entscheidungen indonesischer Kleinbauern zu untersuchen.
Dieses Modul bietet Ihnen die Möglichkeit, Grundlagen der individuenbasierte Modellierung zu erlernen. Sie suchen sich selbst (in Absprache) ein Thema und eine Fragestellung aus. Dann erstellen sie ein einfaches Modell in NetLogo und stellen Ihre Ergebnisse in einem Projektbericht oder einer Präsentation vor.
Projektleitung: Dr. Matthias Spangenberg
- Vorhersage von Artenverteilungen im Raum
"Species distribution models" (SDMs) lernen, unter welchen (Umwelt-)Bedingungen eine Art vorkommt oder auch nicht. SDMs haben unter anderem die Aufgabe, die Verteilung von Arten für noch nicht untersuchte Stellen vorherzusagen. Für häufige Arten klappt das sehr verlässlich. Die Daten für seltene Arten sind aber in der Regel limitiert. Dadurch sind Vorhersagen für seltene Arten in der Regel weniger verlässlich.
Um diese Problem zu lösen, wurden SDMs entwickelt die untersuchen, ob es Korrelationen zwischen seltenen und häufigeren Arten gibt. Die Idee ist, dass Informationen über häufigere Arten auch dazu genutzt werden können, Vorhersagen für seltene Arten zu verbessern.
Sie haben die Möglichkeit, sich in SDMs einzuarbeiten. Sie werden Vorhersagen mit einem SDM (SDM1) machen, das Korrelationen zwischen seltenen und häufigen Arten berücksichtigt. Diese Vorhersagen werden sie mit denen eines anderen SDMs vergleichen. Das Ziel ist es, den praktischen Nutzen von SDM1 zu untersuchen.
Vorkenntnisse in R sind ein großer Vorteil, ebenso die Bereitschaft, englische Publikationen zu lesen.
Projektleitung: Dr. Matthias Spangenberg