Ökologie 2

• Auswanderung einer Population

• emergente Eigenschaft einer Population

• Einwanderung einer Population

• emergente Eigenschaft einer Population

• die Geburtenrate einer Population

• emergente Eigenschaften einer Population

• Sterberate einer Population

• emergente Eigenschaften einer Population

• Verteilung der Individuen im Siedlungsgebiet

• emergente Eigenschaften einer Population

• Die Individuendichte ist die Anzahl der Individuen je Flächen- oder Raumeinheit

• Als Verteilung versteht man die Anordnung der Populationsmitglieder entweder im Raum oder über die Zeit

• Bestimmung der Individuendichte

  • Die Individuendichte ist keine statische Eigenschaft, sondern sie ändert sich, wenn Individuen zu einer Population hinzukommen oder ihr verloren gehen

  • Die Populationsdichte ermittelt man entweder durch direkte Zählung, durch geschätzte Hochrechnung anhand einzelner Stichproben, durch indirekte Zählung anhand von Bauen oder Spuren und Ähnlichem bei Tieren oder durch die Fang-und-Wiederfang-Methode bei Tieren

x = makierte Wiederfänge

m = Markierte Tiere (1. Fang)

n= Anzahl Wiederfang (2.Fang)

N= geschätzte Gesamtpopulation

• Organismen, die ständig durch Bildung verzweigter Strukturen wachsen

• sind Übersichten über die altersspezifischen Mortalitätsraten mit Berechnungen zur Lebenserwartung der Individuen in den einzelnen Altersklassen einer Population

• Dabei wird am besten das Schicksal einer Kohorte, gleichaltriger Individuen, von der Geburt bis zum Tod ihres letzten Individuums verfolgt

• z.B. : Die Lebenstafel des Belding-Ziesel

• Eine grafische Darstellung, bei der für die einzelnen Altersklassen einer Population die jeweilige Überlebensrate auf einer logarithmischen Skala angegeben ist

• Überlebenskurven lassen sich drei allgemeinen Grundtypen zuordnen

  • Typ I: niedrige Mortalität im frühen und mittleren Lebensalter, Anstieg der Mortalität in höherem Lebensalter

  • Typ II: die Mortalität ist während der gesamten Lebensdauer des Individuums relativ konstant

  • Typ III: hohe Mortalität bei sehr jungen Individuen, Abflachen der Mortalität in höherem Lebensalter (wobei nur wenige Individuen überleben)

• Reproduktionstafel

• gibt die Fortpflanzungsraten einer Population in Abhängigkeit des Alters an

• Man erstellt sie, indem man die Reproduktionsleistung einer Kohorte von der Geburt bis zum Tod verfolgt

  • Wenn man es in der Populationsökologie mit Arten zu tun hat, die sich sexuell vermehren, konzentriert man sich in der Regel auf die Weibchen in einer Population, denn sie sind es, die die Nachkommen hervorbringen

->Fertilität wird die Fähigkeit von Tieren und Pflanzen bezeichnet, Nachkommen („Früchte“) hervorzubringen

->Als Fekundabilität wird die Wahrscheinlichkeit, eine Schwangerschaft pro Menstruationszyklus zu erreichen, bezeichnet und in Prozent ausgedrückt

->Die Fekundität gibt die Anzahl erfolgreicher Schwangerschaften pro weiblichem Individuum an.

• Summe der altersspezifischen Fekundität über alle Altersklassen bezeichnet man als Bruttoreproduktionsrate

• Summe des Produktes aus der altersspezifischen Fekundität mit der Überlebenswahrscheinlichkeit über alle Altersklassen bezeichnet man als Nettoreproduktionsrate (r_0)

  • größer 1 bedeutet Population ist gewachsen

• wird im Wesentlichen durch die Dauer der Reproduktionsfähigkeit bestimmt sowie durch ihre Gesamtlebensdauer

  • Semelparie

  • Iteroparie

• Ist die Überlebensrate der Nachkommen gering, ist die Iteroparie selektiv begünstigt –Semelparie wird demgegenüber eher durch konstante und vorhersagbare Umweltbedingungen begünstigt

• Der Lebenszyklus stellt meist eine Kompromisslösung dar zwischen Investitionen in die Überlebenswahrscheinlichkeit und dem Fortpflanzungserfolg

• Arten reproduzieren sich nur ein einziges mal und sterben dann ab

• wird eher durch konstante und vorhersagbare Umweltbedingungen begünstigt

• z.B. Bambusarten, manche Spinnen, Lachse

• Arten, die in Ihrem Leben zwei oder mehrere Reproduktionszyklen haben

• begünstigt, wenn die Überlebensrate der Nachkommen gering ist

• z. B. Regenbogenforelle, Schildkröten

• Annuelle produzieren nur 1 Gerneration im Jahr

• Wenn man die Auswirkungen von Zu- und Abwanderung außer Acht lässt, ist die Wachstumsrate einer Population (per capita Wachstumsrate) die Anzahl der Geburten minus der Anzahl der Todesfälle

• Veränderung der Populationsgröße = (Geburten + zugewanderte Individuen) – (Todesfälle + abgewanderte Individuen)

• wobei N= Populationsgröße, t= Zeitund r= per capita Wachstumsrate

• Die Größe einer exponentiell wachsenden Population nimmt mit konstanter Geschwindigkeit zu, was in einem Diagramm zu einer J-förmigen Kurve führt

• Die exponentielle Wachstumskurve ist für solche Populationen charakteristisch, die einen neuen Lebensraum erobert haben

  • Die maximale Geschwindigkeit der Zunahme ist zwar konstant, in der Population kommen aber, wenn sie größer ist, je Zeiteinheit mehr Individuen hinzu, als wenn sie klein ist

• wobei N= Populationsgröße, t= Zeitund r= per capita Wachstumsrate

• Exponentielles Wachstum kann in einer Population nicht lange aufrechterhalten werden

• Bei Darstellungen, die die Entwicklung der Erdbevölkerung zeigen, ist eine Phase von exponentiellem Wachstum, und eine Phase von überexponentiellem Wachstum zu verzeichnen. Die Wachstumsrate verringert sich seit den 1960ern

• wird als die Aufnahmekapazität eines Lebensraums definiert, die mit einer maximalen Populationsgröße verbunden ist

• Hauptkriterium ist dabei in den meisten Fällen das Nahrungsangebot, das beträchtlichen Schwankungen unterliegen kann, aber auch andere Faktoren können eine Rolle spielen, etwa die Verfügbarkeit von Nistplätzen

• Globale Umweltkapazität

  • Die Kapazitätsgrenze der Erde im Hinblick auf die menschliche Bevölkerung ist nicht bekannt

  • Der Durchschnitt der Schätzungen liegt bei 10 bis 15 Milliarden

• K-Selektion

  • Die Selektion von Merkmalen, die auf die Individuendichte zielen, wird als K-Selektion oder (populations)dichteabhängige Selektion bezeichnet

  • geringe Reproduktionsrate, aber eine hohe Investition in ihre Nachkommen

• r-Selektion

  • Die Selektion auf Merkmale, die einen möglichst großen Reproduktionserfolg in einer ansonsten gering besiedelten Umwelt begünstigen, bezeichnet man als r-Selektion oder (populations)dichteunabhängige Selektion

  • maximale Pro-Kopf-Wachstumsrate, also eine erhöhte Natalität und einen frühen Eintritt der Geschlechtsreife

• Die Konzepte der K- und r-Selektion stellen Vereinfachungen dar, konnten aber Alternativhypothesen für die Evolution von Lebenszyklen anregen

• Während manche Populationen relativ stabil bleiben, sind die meisten Arten über längere Zeiträume hinweg Populationsschwankungen unterworfen

  • Grund für diese Populationsdynamik sind Wechselwirkungen zwischen biotischen und abiotischen Faktoren

  • Faktoren, die zu erheblichen Populationsschwankungen führen: Witterung, Prädatoren

• Die Individuenzahl vieler Populationen schwankt in nicht vorhersehbaren Abständen, andere erleben aber auch ein regelmäßiges Auf und Ab

• Luchs-Populationen folgen dem 10-Jahres-Zyklus von Schneeschuhhasen-Populationen

  • Sowohl die natürlichen Feinde als auch die Sonnenfleckenaktivität wirkt sich auf die Größe der Populationen des Schneeschuhhasen aus, während hingegen die verfügbare Nahrungsmenge (auch im Winter) eine weniger wichtige Rolle spielt

• Man unterscheidet zwischen Oszillationen, das sind eher geringfügige Schwankungen, und Fluktuationen, bei denen die Schwankungen teilweise sehr groß sind

• Neben den Geburten- und Sterberaten spielen bei der Populationsdynamik auch Immigrationen und Emigrationen eine entscheidende Rolle

• Teilweise bilden mehrere lokale Populationen (sogenannte Subpopulationen) eine gemeinsame Metapopulation, innerhalb derer Zu- und Abwanderungen von Individuen der Subpopulationen stattfinden

  • Ein hoher Immigrationsanteil kombiniert mit hoher Überlebensrate kann zur größeren Populationsstabilität führen

• stabile Bevölkerungsdichte

  1) Bevölkerungs-Nullwachstum = Hohe Geburtenrate – hohe Sterberate

  2) Bevölkerungs-Nullwachstum = Niedrige Geburtenrate – niedrige Sterberate

• zero population growth = ZPG

• Wechsel von 1) zu 2) bezeichnet man als demografischen Übergang

  • Während in einigen Industrienationen die Bevölkerung aufgrund niedriger Geburtenraten zurückgeht, steigt sie in den Entwicklungsländern weiter an

• Der Mensch hat aber im Gegensatz zu allen anderen Organismen der Erde die Möglichkeit, durch bewusstes Handeln das Schicksal seiner Population zielgerichtet zu steuern

• Der demografische Übergang ist mit einer Verbesserung der medizinischen Versorgung und der hygienischen Verhältnisse, mit einem höheren Bildungsgrad und einer absoluten Gleichberechtigung der Frauen gegenüber den Männern verbunden

• Das Populationswachstum wird wesentlich durch die Altersstruktur der Population bestimmt, die sich in Form einer Alterspyramide darstellen lässt

  -> Tritt eine Überalterung der Bevölkerung eines Landes ein, dann bekommt die Altersstruktur die Form einer Urne oder Zwiebel

• Säuglingssterblichkeit und Lebenserwartung

• fasst diejenige Fläche auf der Erde zusammen, die notwendig ist, um den Lebensstil und den Lebensstandard eines Menschen dauerhaft zu ermöglichen

• Sie ist eine Möglichkeit, zu messen, wie nahe wir an der Umweltkapazität der Erde sind

• Einheit: gha

• Verschiedene Länder unterscheiden sich stark in der Größe ihres ökologischen Fußabdrucks und ihrer Umweltkapazität

  • Verbrauch Photosyntheseprodukte

• ist die Gesamtheit der Individuen einer Art, die in einem Siedlungsgebiet leben, sich dort in der Regel über mehrere Generationen fortpflanzen und so genetische Kontinuität zeigen

• Die Individuen einer Population:

  • sind auf die gleichen Ressourcen angewiesen

  • werden von ähnlichen Umweltfaktoren beeinflusst

  • können untereinander, neben der Fortpflanzung, durch Konkurrenz oder soziale Interaktionen in Wechselbeziehung stehen

• emergente Eigenschaften einer Population:

  • die Sterberate (Mortalität)

  • die Geburtenrate (Natalität)

  • die Einwanderung (Immigration)

  • die Auswanderung (Emigration)

  • die Altersstruktur

  • das Geschlechterverhältnis

  • die Verteilung der Individuen im Siedlungsgebiet (Dispersion)

• geklumpte (aggregative) Verteilung

  • Es finden sich mehr Individuen an einzelnen Stellen des Siedlungsgebietes als an anderen

  • Häufig geht die geklumpte Verteilung von Individuen mit einer ebenso geklumpten Verteilung ihrer limitierenden Ressourcen einher

  • z. B. Brennnesseln an stark stickstoffhaltigen Stellen

• homogene Verteilung

  • Ungefähr gleicher Abstand zwischen den Individuen - ist oft die Folge starker innerartlicher (intraspezifischer) Konkurrenz

  • Intraspezifische Konkurrenz entsteht immer im Wettbewerb um begrenzte Ressourcen

  • Gedrängekonkurrenz (eng. scramble competition) Konkurrenz, die alle Mitglieder der Population gleichermaßen betrifft, also symmetrisch ist

  • z.B. nistende Königspinguine auf Südgeorgien

• zufällige Verteilung

  • z.B. Blattlauskolonien an einem Baum-Ast

• Zunächst Modell des exponentiellen Populationswachstums. Dann Ausdruck, durch den sich die Pro-Kopf-Zunahme mit zunehmender aktueller Populationsgröße N verringert

• wobei N= Populationsgröße, t= Zeitund r= Wachstumsrate und K die maximale Populationsgröße nach

  Erreichen der Umweltkapazität

• Manche Population wachsen vorübergehend über die Umweltkapazität hinaus bevor sie sich dann wieder unter die Grenze der Umweltkapazität verringert

• Andere Populationen schwanken so stark, dass die Umweltkapazität nur schwer zu ermitteln ist

• In manchen Populationen beobachtet man einen Allee-Effekt, nach dem den Individuen das Überleben oder die Reproduktion schwerer fällt, wenn die Population zu klein ist

• Das logistische Modell des Populationswachstums sagt für Populationen, die im Verhältnis zur Umweltkapazität eine niedrige oder hohe Individuendichte aufweisen, unterschiedliche Pro-Kopf-Wachstumsraten voraus

  • K-Selektion

  • r-Selektion

• Der absolute Zuwachs ist bei logistischen Wachstumsmodellen am größten, wenn die Populationsgröße die Hälfte der Umweltkapazität beträgt

• dichteunabhängig

  • Eine Geburten- oder Sterberate, die sich mit der Individuendichte einer Population nicht verändert, bezeichnet man als dichteunabhängig

  • Dichteunabhängige Faktoren, die sich auf die Populationsgröße auswirken können, sind beispielsweise saisonale Klimaänderungen oder Naturereignisse

• dichteabhängig

  • Eine Mortalitätsrate, die mit der Individuendichte ansteigt sowie eine Geburtenrate, die mit steigender Individuendichte sinkt, bezeichnet man als dichteabhängig

  • Dichteabhängige Faktoren:

    • Knappheit einer Ressource (intraspezifische Konkurrenz)

    • Raum (Revier)

    • Giftige Stoffwechselendprodukte

    • Nahrung

    • Krankheit

    • Räuber

    • Intrinsische Faktoren (Stress)

n_x = Anzahl der Individuen in dem Alter

I_x = Überlebenswahrscheinlichkeit /Überlebensrate

d_x = altersspezifische Mortalität

qx = Quotient der altersspezifischen Mortalität (dx/nx=qx)

m_x = altersspezifische Fekundität