A novel time-structured framework to account for the cryptic effects of temperature fluctuations on population dynamics

一种新颖的时间结构框架来解释温度波动对种群动态的神秘影响

基本信息

  • 批准号:
    2048894
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 97.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-15 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Although it is well established that temperature extremes associated with heatwaves or cold snaps can have strong and immediate impacts on biological populations, much less is known about the longer-term effects of these short-term events. The investigators are filling this critical knowledge gap by conducting a series of laboratory experiments and developing a new set of mathematical models to identify how temperature fluctuations influence population growth and size. Additionally, the mathematical models are being extended to generate a baseline understanding of how changes in temperature anticipated under global climate change will likely affect populations around the globe over the course of the 21st century. This project addresses important societal needs by cross-training graduate students in biology, statistics, mathematical modeling, and computer programming. The results of this research are being integrated into undergraduate courses in biostatistics, mathematical modeling, and environmental science in order to demonstrate the importance of quantitative and interdisciplinary STEM training for addressing important questions in biology. Finally, multiple interactive web modules are being created to disseminate the results of this research beyond academic circles, including Northeastern University’s K-12 outreach programs.Current empirical and theoretical approaches do not account for the cryptic population structure that emerges when organisms are exposed to variable temperature regimes. The investigators are addressing this limitation by using marine algae as a model system to (i) establish an empirical protocol for properly evaluating the effects of temperature variability on population growth, (ii) develop a novel mathematical modeling framework for accurately predicting the dynamics of populations exposed to temperature fluctuations, and (iii) determine species extinction risk under future ocean temperatures. Overall, this project is expected to yield a new set of empirical and theoretical tools to better forecast the biological effects of environmental change.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
虽然人们已经确定,与热浪或寒流相关的极端温度可能对生物种群产生强烈和直接的影响,但对这些短期事件的长期影响知之甚少。研究人员正在通过进行一系列实验室实验和开发一套新的数学模型来填补这一关键的知识空白,以确定温度波动如何影响种群增长和规模。此外,正在扩大数学模型的范围,以便对全球气候变化下预期的温度变化在21世纪将如何影响地球仪各地的人口有一个基本的了解。该项目通过交叉培训生物学,统计学,数学建模和计算机编程的研究生来解决重要的社会需求。这项研究的结果被整合到生物统计学,数学建模和环境科学的本科课程中,以证明定量和跨学科STEM培训对解决生物学中重要问题的重要性。最后,正在创建多个交互式网络模块,以传播学术界以外的这项研究的结果,包括东北大学的K-12推广programmes.Current经验和理论的方法不占神秘的人口结构时出现的生物体暴露于可变的温度制度。研究人员正在通过使用海藻作为模型系统来解决这一限制,以(i)建立一个经验协议,用于正确评估温度变化对种群增长的影响,(ii)开发一个新的数学建模框架,用于准确预测暴露于温度波动的种群动态,以及(iii)确定未来海洋温度下的物种灭绝风险。总的来说,这个项目预计将产生一套新的经验和理论工具,以更好地预测环境变化的生物效应。这个奖项反映了NSF的法定使命,并已被认为是值得通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估的支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Climate-mediated shifts in temperature fluctuations promote extinction risk
气候介导的温度波动变化加剧了灭绝风险
  • DOI:
    10.48550/arxiv.2202.12236
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Duffy, Kate;Gouhier, Tarik C.;Ganguly, Auroop R.
  • 通讯作者:
    Ganguly, Auroop R.
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    10696488
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 97.99万
  • 项目类别:
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