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Wie reagieren Organismen auf Umweltveränderungen?
Der Mensch verändert die Welt in vielerlei Hinsicht, und nicht immer zum Besseren. Die von uns verursachten Veränderungen stellen Tiere, Pflanzen und Mikroben in der Natur oft vor große Herausforderungen, von der Einschleppung von Krankheitserregern oder exotischen invasiven Arten bis hin zur Zufuhr giftiger Stoffe oder übermäßiger Nährstoffe, oder sie verursachen klimatische Veränderungen. Oft treten mehrere Veränderungen gleichzeitig auf. Das Labor von Nelson Hairston konzentriert sich auf Süßwasserumgebungen, insbesondere Seen und Teiche, in denen einige der vorhandenen Arten auf Umweltveränderungen mit einem Rückgang ihrer Anzahl bis hin zum Aussterben reagieren, während andere Arten übermäßig profitieren und so dominant werden können, dass sie Probleme verursachen, wie im Fall von schädlichen Algenblüten, die durch Nährstoffanreicherung oder Klimaerwärmung gefördert werden. Hairstons Labor untersucht, wie sich einzelne Arten, Nahrungsnetze und ganze Ökosysteme verändern, wenn sich die Umwelt verändert.
Eine Art, wie einige Süßwasserorganismen auf Umweltveränderungen reagieren, ist eine schnelle Evolution. Eine deutliche Veränderung der Umwelt begünstigt einige Merkmale von Pflanzen, Tieren und Mikroben gegenüber anderen. Diese Merkmalsunterschiede sind oft genetisch bedingt, so dass die bevorzugten Merkmale in der nächsten Generation zunehmen können. Je kürzer die Generationszeit ist, desto schneller kann sich diese evolutionäre Veränderung vollziehen. So kann sich beispielsweise winziges, aber reichlich vorhandenes Plankton, das von Fischen und anderen größeren Tieren gefressen wird, innerhalb weniger Jahre an die veränderte Umwelt anpassen, da seine Generationszeit nur wenige Tage beträgt. Hairstons Labor hat gezeigt, dass sich planktische „Wasserflöhe“ (Daphnien), die sich hauptsächlich von Schwebealgen in Seen ernähren, innerhalb von zehn Jahren nach dem Auftreten von Algenblüten so entwickelt haben, dass sie gegenüber schädlichen Algen tolerant sind. Diese schnelle Entwicklung (in der Naturschutzbiologie als „evolutionäre Rettung“ bezeichnet) wirft viele interessante Fragen auf, und zwar für alle Lebensräume, nicht nur für Süßwasser: Inwieweit können wir uns darauf verlassen, dass Arten sich anpassen, anstatt auszusterben, wenn sich ihre Umwelt verändert? Wie verändert die Evolution einer Art, die eine entscheidende ökologische Rolle spielt, die Wechselwirkungen mit anderen Arten und das Funktionieren des gesamten Ökosystems?
Messung und Vorhersage schneller evolutionärer Veränderungen, von Antibiotikaresistenzen bis hin zu eindringenden Arten. 
Das Ellner-Labor untersucht auch, wie sich Organismen als Reaktion auf Umweltveränderungen weiterentwickeln. Wir wissen heute, dass große evolutionäre Veränderungen innerhalb weniger Generationen stattfinden können und dass sie eine wichtige Rolle für den Erfolg eindringender Arten und die Fähigkeit einheimischer Arten spielen können, unter veränderten Umweltbedingungen zu überleben. Auch die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen stellt eine große Herausforderung für die Kontrolle und Behandlung von Infektionskrankheiten dar. Bei Arten, die wir erhalten, kontrollieren oder ausrotten wollen, reicht es also nicht aus, zu wissen, wie sie jetzt aussehen, sondern wir müssen auch vorhersagen, wie sie sich verändern werden. Das Labor arbeitet an Möglichkeiten, die Bedeutung einer schnellen Evolution zu messen und vorherzusagen, wann sie eintritt und welche Folgen sie haben wird. Um unsere Theorien zu testen, verwenden wir hauptsächlich künstliche Laborökosysteme, aber wir analysieren auch Langzeitdaten aus natürlichen Ökosystemen und Infektionskrankheiten von Menschen, Korallen und anderen Organismen. Die Abbildung links zeigt einen Vergleich zwischen theoretischen und experimentellen Ergebnissen zur Auswirkung der schnellen Beuteevolution auf die Raubtier-Beute-Dynamik.
Wird der Zuckerahorn aus der Landschaft des Nordostens verschwinden? 
Prognosen zur Klimaerwärmung in Verbindung mit Temperaturpräferenzen, die sich aus der aktuellen Baumverteilung ergeben, haben einige Wissenschaftler zu der Prognose veranlasst, dass Zucker- und Rotahorn im Nordosten der USA durch wärmer angepasste Waldarten ersetzt werden. Der Zuckerahorn ist die am häufigsten vorkommende Baumart in den Wäldern des Nordostens und hat eine immense ökologische, wirtschaftliche und kulturelle Bedeutung. Professor Brian Chabot und seine Studenten haben diese Hypothese anhand langfristiger Datensätze und Modellierung der Baumleistung untersucht. Entgegen der Vorhersage haben sie festgestellt, dass die Zahl der Ahorne in den meisten Bundesstaaten zunimmt und die vermeintlichen Ersatzarten abnehmen. Auch andere Faktoren, wie der Verzehr von Setzlingen durch Rehe, wirken sich erheblich auf die relative Häufigkeit von Baumarten aus. Sie haben auch die Auswirkungen der Klimaerwärmung auf die Zuckerproduktion prognostiziert. Die Auswirkungen sind bescheiden und können durch veränderte Praktiken bei der Bewirtschaftung von Ahornzuckerwäldern ausgeglichen werden. Die aktive Bewirtschaftung der Wälder durch Landbesitzer, die aus wirtschaftlichen Gründen Ahorn in der Landschaft erhalten wollen, wird ein Schlüsselfaktor sein, um den Auswirkungen des Klimawandels entgegenzuwirken.