Projekt 02273/01

Entwicklung eines multimedialen Informations- und Expertensystems über Wald-Biozönosen

Projektträger

Albert-Ludwigs-Universität FreiburgInstitut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften
Tennenbacher Str. 4
79106 Freiburg
Telefon: 0761 203 3642

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Management von Ökosystemen erfordert umfassende Kenntnisse nicht nur über die beteiligten Organismen, sondern insbesondere auch über ihre Interaktionen. Abgesehen davon, dass hier große Wissensdefizite bestehen, sind die vielfältigen bekannten Beziehungen zwischen Organismen mit konventionellen Medien nur schwer zugänglich. Es wird daher eine an ökologischen Grundsätzen orientierte Datenbank-Struktur erarbeitet, die dazu geeignet ist, a) bekannte Wechselbeziehungen, die Biozönosen charakterisieren, erschließbar und auswertbar zu machen, und b) biozönotische Forschung interaktiv zu protokollieren. Das Programm ist geeignet, Literaturdaten zu Biozönosen unterschiedlichster Größe und Zusammensetzung aufzunehmen. Es dient sowohl der Öffentlichkeitsarbeit (z.B. Ausbildungsprogramme, Umwelterziehung, Naturschutzaufgaben) als auch der Forschung als Werkzeug bzw. Nachschlagewerk. Die Leistungsfähigkeit des Systems wird beispielhaft anhand besonders wichtiger Organismen mitteleuropäischer Wälder demonstriert.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas fachliche Konzept wird in ein entsprechendes DV-Pflichtenheft umgesetzt, um die zu erarbeitenden Lösungen und die dazu notwendigen Entwicklungsschritte zu strukturieren. Es folgt der Entwurf einer dynamischen multimedialen Datenbankstruktur und die Entwicklung von Erfassungsmodulen, sowie interaktiver Abfragemechanismen.
Daran schließt sich die Entwicklung einer vollständigen, intuitiven Benutzeroberfläche und einer skriptfähigen Abfrage-Sprache an, sowie die Implementierung eines Hypertext-Moduls, das Volltext-Research-Möglichkeiten bietet.
Parallel erfolgt die Einarbeitung von Bestimmungsschlüsseln für die häufigsten einheimischen Tiere und Gefäßpflanzen, sowie ihrer Beziehungen inkl. Datenaufbereitung und Datenerfassung, um die bereits entwickelten Teile des Informationssystems zu testen. Im letzten Projektabschnitt wird die Anbindung an andere Programme (GIS-Systeme, Literaturdatenbanken, etc.) realisiert werden.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurde ein Datenbanksystem entwickelt, das unter dem Namen COENOSIS vermarktet werden wird. Es leistet es erstmals, ökologische Daten unterschiedlichster Qualität auf vielseitigen Ebenen unter besonderer Berücksichtigung von Beziehungen zwischen Organismen in einem Lebensraum (funktionelle Biodiversität) aufzunehmen und auszuwerten; dabei beschränkt es sich nicht auf rein numerische Auswertungen, sondern ist in der Lage, Daten nach biologisch-ökologischen Fragestellungen differenziert zu filtern. COENOSIS stellt ein Werkzeug dar, mit dem Erkenntnisse im Bereich der Grundlagenforschung gewonnen, Entscheidungsgrundlagen für Ökosystem-Management verfügbar gemacht und/oder Öffentlichkeitsarbeit betrieben werden können. Das Datenbanksystem basiert wesentlich auf folgenden Prinzipien:
Zentrale Einheit ist ein Objekt, ein Taxon oder beliebige andere, definierbare Einheiten, z.B. eine geographische Region, eine trophische Ebene oder aber auch ein Projekt. Objekte sind durch Objekteigenschaften charakterisiert, die üblicherweise mit einem Objekt verwaltet werden und aus diversen charakterisierenden Texten, Bildern, Video- und/oder Tonsequenzen bestehen. Mit der Erfassung einer Art (Spezies) als Objekt wird sie gleichzeitig durch ihre taxonomisce Zugehörigkeit im hierarchisch-enkapischen System der Biologischen Systematik eindeutig charakterisiert. Eine Art ist somit von vornherein (im Gegenatz zu nicht-taxonomischen Objekten) starr mit den höheren Kategorien ihrer taxonomischen Zugehörigkeit verknüpft; über der Art stehende Taxa gelten als eigene Objekte.
Hervorzuheben ist, dass innerhalb einer Art differenziert wird, z.B. zwischen Entwicklungsstadien oder Kompartimenten (z.B. Organen einer Pflanze (Blatt, Blüte, Frucht etc.)), da zwischenartliche Beziehungen entsprechend diesen Niveaus unterschiedlich sind. (Z.B. bestehen bzgl. ökologischer Beziehungen grundsätzliche Unterschiede zwischen der Raupe und dem Falter ein und derselben Art.) Beziehungen zwischen Organismen sind auf unterschiedlichen Ebenen in Typen und Untertypen kategorisiert (Z.B. parasitisch vs. mutualistisch etc., gleichzeitig aber auch räuberisch vs. parasitoid etc.). Diese Kategorien werden ebenfalls als Objekte verwaltet. Die Möglichkeit, Objekte einerseits mehrfach miteinander zu verknüpfen und sie andererseits in vielfältigen Kombinationen zu filtern, erlaubt sehr komplexe Abfragen nicht nur zur Existenz von Arten (z.B. Floren- und Faunenlisten (geographisch, zeitlich differenziert), ...) oder Beziehungen, sondern vor allem über Beziehungsgefüge, bezogen auf Arten (und ihre infraspezifi-schen Kategorien!), Lebensräume, etc. Zusätzliche Eigenschaften des Programms sind u.a., dass jedwede Dateneingaben mit entsprechenden Zitaten zur Informationsquelle (Forschungsprotokoll / Literatur) versehen werden (auch diese sind filterbar), gleichzeitig werden bei Eingaben weitere Informationen (zum Datum, zur Person) registriert, um vollständige Nachvollziehbarkeit eines Datenbestandes zu gewährleisten; daß Objekte als Listenfelder in Eingabefeldern vorgehalten werden, Volltext-Suchfunktionen in Texten bestehen, daß Datenbanken zusammenführbar sind (zur gleichzeitigen Dateneingabe von mehreren MitarbeiterInnen / Forschungsteams), ein Glossar vorgesehen ist, Synonyme mitverwaltet werden können etc. Anpassungen an anwenderspezifische Bedürfnisse bzgl. Teildatenbanken und Bildschirmen sind flexibel und leicht realisierbar, ebenso segmentale Nutzungen von Teilen der Datenbank(struktur) (in Forschung, Lehre, Öffentlichkeitsarbeit, Beratung). Das Ziel, eine allgemeine Datenbankstruktur zu realisieren, welche die vielfältigen Einnischungen in konkreten Beziehungen von Organismen in definierten Lebensgemeinschaften erfassen kann, und die es zudem erlaubt, sie nach vielfälti-gen Kriterien auszuwerten und entsprechend zu visualisieren, wurde erreicht. Zu den Anwendungsbereichen von COENOSIS gehören insbesondere
- wissenschaftliche Projekte, die Lebensgemeinschaften als zentrale Betrachtungsebenen haben und sich mit Beziehungen zwischen den beteiligten Organismen befassen; es dient gleichermaßen als Erfassungs- (Protokollierungs-) wie als Auswertungswerkzeug;
- wissenschaftliche Projekte, die ein Taxon einer höheren Kategorie als zentrales Betrachtungsobjekt haben;
- Management- und Beratungsaufgaben, für die das Programm Erfassungen und Auswertungsoptionen als Entscheidungsgrundlagen vorhält;
- die Lehre und Umwelterziehung, für die COENOSIS als Info-Terminal nutzbar ist.
Ein Vermarktung der leeren Datenbankstruktur ist ebenso möglich wie die von mehr oder weniger umfangreich gefüllten Versionen (CD-ROMs mit den - dann interaktiv auswertbaren! - Informationen aus Bücher zu Lebensräumen / Taxa, Eingabe exemplarischer Daten zu Unterrichtszwecken / zur Beratung, mit auf reale Lebensräume bezogenen Daten zur Öffentlichkeitsarbeit von z.B. Schutzgebieten, etc.).


Fazit

Es wird ein leistungsfähiges multimediales Informations- und Expertensystem zur Erfassung, Auswertung und Darstellung von Beziehungen in Lebensgemeinschaften (Biozönosen) zur Verfügung gestellt, das flexibel und ggf. segmental von Wissenschaftlern, Ökosystem-Managern, Beratern, Lehrenden und der Öffentlichkeit gleichermaßen genutzt werden kann und die Diskussion um Biodiversität, die sich noch immer weitestgehend auf taxonomische Diversität beschränkt, um die
funktionelle Dimension erweitern hilft.