Biodiversität in Nahrungsnetzen

Vielfalt des Lebens auf 3 Ebenen:

• Ökosystemvielfalt

• Artenvielfalt

• Genetische Vielfalt

• Vielfalt unterschiedlicher Lebensräume/Ökosystemtypen (z. B. Wald, See, Wiese)

• unterschiedliche Umweltbedingungen → unterschiedliche Artengemeinschaften

• Anzahl und Zusammensetzung von Arten in einem Gebiet

• umfasst auch Häufigkeiten/Verteilung der Arten

• Unterschiedlichkeit innerhalb einer Art (Gene/Varianten)

• wichtig für Anpassungsfähigkeit an Umweltveränderungen

• Biodiversität ist global nicht gleich verteilt

• klassisch: höhere Diversität Richtung (Sub-)Tropen, niedriger Richtung Pole

• Biodiversität nimmt global ab, u. a. durch Landnutzungswandel

• Verlust kann Funktionen/Stabilität von Ökosystemen schwächen

a)

• Artenvielfalt innerhalb eines Standorts/Plots (lokal)

b)

• Unterschied in Artenzusammensetzung zwischen Standorten

• hohe β-Diversität = Standorte sind sehr verschieden

c)

• Gesamtartenvielfalt über eine ganze Landschaft/Region (regional)

• Vielfalt an funktionellen Merkmalen (Traits) in einer Gemeinschaft

• nicht nur „wie viele Arten“, sondern wie verschieden ihre Rollen sind

• unterschiedliche Traits → unterschiedliche Reaktionen auf Störungen

• System bleibt eher funktionsfähig, weil nicht alle gleich ausfallen

• mehrere Arten erfüllen ähnliche Funktionen

• wenn eine Art wegfällt, können andere teilweise „einspringen“

• funktionelle Redundanz wirkt wie eine Versicherung

• schützt Ökosystemfunktionen vor Zusammenbruch bei Artenverlust

• „Rolle“ einer Art + Ressourcennutzung + Umweltansprüche

• beschreibt, wo und wie eine Art leben kann

• Optimum: Bedingungen, bei denen eine Art am besten funktioniert

• Toleranzbereich: Spanne, in der Überleben möglich ist (Minimum–Maximum)

• Fundamental: möglich ohne Konkurrenz/Feinde (theoretisch)

• Realisiert: tatsächlich genutzt (eingeschränkt durch Konkurrenz, Prädation etc.)

• Netzwerk aus „Wer frisst wen?“ (trophische Interaktionen)

• verbindet viele Nahrungsketten zu einem System

• Generalist: nutzt viele Ressourcen/Beutearten

• Spezialist: stark auf wenige Ressourcen/Beutearten spezialisiert

• fällt die Hauptressource weg → starkes Risiko

• weniger „Ausweichmöglichkeiten“ im Nahrungsnetz

• Räuber- und Beutepopulationen können zyklisch schwanken

• mehr Beute → mehr Räuber; mehr Räuber → weniger Beute → später weniger Räuber

• Art mit überproportional großer Bedeutung für Ökosystem & Stabilität

• ihr Verlust kann starke Systemveränderungen auslösen

• egulieren dominante Arten durch Prädation → schaffen Raum für andere

• stellen Schlüsselressourcen bereit

• strukturieren das Nahrungsnetz

• indirekter Erhalt der Artenvielfalt

• Prädator hält eine dominante Art in Schach

• dadurch können mehrere Arten zusammen existieren

• Prozesse/Leistungen des Systems (z. B. Produktion, Zersetzung, Nährstoffkreislauf)

• Grundlage dafür, dass Ökosysteme „laufen“

• Nutzen, den Menschen aus Ökosystemen ziehen (direkt/indirekt)

• oft in Kategorien dargestellt: unterstützend, regulierend, bereitstellend, kulturell

• Nährstoffkreislauf

• Bodenbildung

• Primärproduktion

• Klimaregulation

• Überschwemmungsregulation

• Wasserreinigung

• Nahrungsmittel

• frisches Wasser

• Holz/Fasern/Brennstoffe

• ästhetisch, spirituell

• pädagogisch

• Erholung

Wie verändert Artenverlust oder Artenzunahme

• die Struktur des Energieflusses,

• die Ökosystemfunktionen,

• und die Stabilität des Systems?

• verbindet:

  • Gemeinschaftsökologie (Arten/Interaktionen)

  • Ökosystemökologie (Prozesse/Funktionen)

• über Nahrungsnetzökologie werden beide zusammen gedacht

• Energiefluss wird als universelle Messgröße für Ökosystemfunktionen genutzt

• verknüpft Biodiversität über trophische Ebenen mit Funktion

• Körpergröße beeinflusst Stoffwechsel, Nahrung, Interaktionen

• dadurch wird mitbestimmt, wie Energie durch das Netz fließt

• Beziehungen, die mit Körpergröße skalieren (z. B. Stoffwechsel/Verbrauch)

• Konsequenz: Größenstruktur prägt Energie- und Biomassedynamik

• manche Interaktionen sind „stark“ und formen das ganze Netz

• Schlüsselarten können über solche starken Effekte Stabilität/Funktion bestimmen

• ähnliche Funktionen auf gleicher trophischer Ebene

• dämpft Folgen von Artenverlust → System bleibt eher stabil

• Beziehungen zwischen Verbrauchern (Herbivoren, Prädatoren, Detrivoren) und ihrer Nahrung

• verändern Biomasse, Energiefluss und damit Funktionen (z. B. Zersetzung)

• mehr funktionelle Vielfalt/Redundanz → Störungen treffen nicht alle gleich

• Funktionen brechen weniger stark ein bzw. erholen sich schneller

• Verlust an „kritischen Stellen“ (z. B. Top-Prädator oder Schlüsselart) → große Kaskaden

• Verlust „ersetzbarer“ Arten kann geringere Folgen haben

• Veränderungen wandern durch mehrere trophische Ebenen

• können Energie- und Biomassedynamik des gesamten Systems verändern

• Veränderung von Mikroklima und Bodenstruktur

• Veränderung von Primärproduktion und Habitatstruktur (Top-Down-Kaskade)

• Veränderungen „von oben“ (Konsumenten/Prädatoren) wirken nach unten

• beeinflussen Pflanzen/Detritus/Struktur des Lebensraums

a)

• System verschiebt sich von herbivoren-dominiert zu detrivoren-dominiert

• also: Wer die Hauptrolle im Energie-/Stofffluss spielt, ändert sich

b)

• Änderung von Zusammensetzung & Biomasse der Detrivoren

• dadurch Veränderung der Zersetzung

c)

• Änderung des Nährstoffkreislaufs

• höhere Erosion als Folge der Systemveränderungen

d)

• Verlust einer Key-Stone Spezies

• Rückgang der α-Diversität (u. a. Boden- und Blattinsekten; indirekte Effekte auf weitere Gruppen)

• Störung darüber liegender trophischer Ebenen

a)

• Lebensgemeinschaften/Strukturen werden „gleichförmiger“

• oft weniger unterschiedliche Rollen/Artenkombinationen → geringere funktionelle Vielfalt

b)

• reduzierte funktionelle Diversität

• Destabilisierung des Ökosystems

• starkes „Kippen“/Zusammenbrechen wichtiger Beziehungen & Funktionen

• verstärkte negative Effekte durch Invasionen/Interaktionsänderungen

• Stabilität hängt stark von funktioneller Diversität ab

• funktionelle Redundanz schützt (Insurance-Hypothese)

• Nahrungsnetzansatz verbindet Biodiversität mit Prozessverständnis

• Verlust von Schlüsselarten kann Zusammenbruch & Kaskaden auslösen

a)

• Nahrungsnetz mit Roter Landkrabbe = Keystone-Art

• ohne Invasion: Krabbe hält Unterwuchs & Detritus niedrig → System stabil

• mit Invasion (Yellow Crazy Ant + Schildläuse): Krabben brechen weg → Kaskaden

b)

• frisst Keimlinge/Unterwuchs → weniger Unterwuchs

• reduziert Litter/Detritus → beeinflusst Zersetzer

• Konkurrenz zur Achatschnecke

• Land–Meer-Kopplung über Larven im Meer

c)

• Schildläuse liefern Honigtau → Ameisen profitieren

• Ameisen schützen Schildläuse → Schildläuse nehmen zu

• Ameisen werden massiv (Superkolonien)

• Krabben werden stark reduziert

d)

• Unterwuchs ↑

• Litter/Detritus ↑

• Detritivoren-System ↑ (Zersetzung verändert)

• Achatschnecke ↑

• Biodiversität ↓ / Homogenisierung

• Erosion ↑

• marine Effekte durch weniger Krabbenlarven