Populationsökologie Flashcards
(40 cards)
Terminologie - Populationen
Eine Population ist eine Gruppe von Individuen einer Art, die einen bestimmten Raum bevölkert.
Populationen bilden meist eine weitgehend geschlossene Fortpflanzungsgemeinschaft, einen Genpool.
Es gibt immer einen mehr oder weniger starken Fluss von Individuen (Genen) zwischen Populationen.
Auch für Arten mit parthenogenetischer oder asexueller Fortpflanzung wird der Populationsbegriff verwendet. Aber: Gemisch von Klonen!
Konzepte zur Definition des Individuums
Was sind modulare Organismen?
nach Haeckel:
Ein Individuum beschreibt einen Organismus “von der Zygote zur Zygote”
Individuen werden geboren, wachsen heran, vermehren sich und sterben schlussendlich.
Dabei durchlaufen sie einen Lebenszyklus mit aufeinander folgenden Stadien, z.B.:
→ Insekten: Ei > Larve > Puppe > Imago
→ Pflanzen: Samen > Keimling > grüne Pflanze > blühende Pflanze
Modulare Organismen = bestehen aus genetisch identischen Untereinheiten (wie zb Farn), wo die Untereinheiten aber auch als Individuen betrachtet werden
Genet-Ramet-Konzept von Harper
Diese Art der vegetativen Fortpflanzung hat zwei ökologische Funktionen
Genet = Zygote, mit allen von ihr abstammenden Zelllinien bis zur Bildung einer neuen Zygote (→Einzel-Individuen)
Ramet = eine von mehreren homologen Strukturen (=> Untereinheiten), die gemeinsam einen Teil oder die Gesamtheit einer größeren Einheit bilden
- Ramets (Untereinheiten) können verbunden sein (→Modul)
Diese Art der vegetativen Fortpflanzung hat zwei ökologische Funktionen:
- Kolonisation: Ein Genet kann innerhalb kurzer Zeit eine relativ große Fläche besiedeln.
- Lebensdauer: Die Lebensdauer wird erhöht, Genets (im Bild rot markiert) sterben ab, jedoch entstehen ständig neue Ramets mit gleicher genetischer Information.
modular ≠ unitar (Gamet und Ramet fallen zusammen)
Räumliche Verteilung von Organismen
Wozu führt Heterogenität der Umwelt?
Heterogenität der Umwelt führt zur Ausbildung von Subpopulationen. SIe werden beeinflusst durch das Klima und geographische Barrieren.
Dispersionsmuster reflektieren Habitatansprüche
- Räumliche Skalen der Dispersion
Innerhalb eines Verbreitungsgebietes sind die Individuen nicht gleichverteilt.
Räumliche Skalen der Dispersion anhand des Beispiels Georgsmoos:
- Globale/kontinentale Skala: Makroklima (T, Niederschlag)
- Regionale/lokale Skala: Geographie, Topographie (Schluchten, Flussläufe)
- Standörtliche Skala: Mikroklima (Nadelwald, Totholz, Schatten)
Muster der räumlichen Verteilung
innerhalb der standörtlichen Skala
zufälliges Muster: relativ selten, homogene Umweltbedingungen
Beispiel: Ausbreitung der Samen des Tulpenbaums
- zufällige Dispersion aufgrund von Windverbreitung
- Faktoren mit Einfluss: Transportrichtung durch Windrichtung und Transportweg durch Windstärke, Gewicht der Samen
regelmäßiges Muster: Konkurrenz zwischen den Individuen
Beispiel: halophytische Sträucher
- starke Konkurrenz um Wasser
- Wurzelsystem bestimmt uniformen Abstand
aggregates Muster: günstige und ungünstige Habitate mit unterschiedlicher Verteilung der Ressourcen
Beispiel: Sträucher der Gattung Ebenholzgewächse in den Savannen Südafrikas
- sind assoziiert mit Schirmakazien
- Sträucher geklumpt unter dem Dach der Akazien (Akazien regelmäßig verteilt)
Probleme der Erfassung von Populationsdichten
Was ist Populationsdichte?
Welche Verteilung gibt es?
Dispersionsmuster beeinflussen die quantitative (mengenmäßige) Erfassung von Populationen.
Populationsdichte= Anzahl der Individuen pro Flächen- oder Masseneinheit
zufällige Verteilung → Poisson-Verteilung
aggregative Verteilung → negative Binominalverteilung
Zusammenfassung
Eine Population ist eine Gruppe von Individuen der gleichen Art, die in einem bestimmten Gebiet leben und eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden.
Die meisten Tierpopulationen bestehen aus unitaren Individuen, die meisten pflanzliche Organismen hingegen sind modularer Natur.
Die Ausdehnung einer Population wird durch ihre räumliche Lage charakterisiert (Dispersion) und durch die von ihren Individuen besiedelte Fläche (Verteilungsmuster) bestimmt.
Zur Ermittlung der Populationsdichte sind repräsentative Stichproben und geeignete Methoden der Datenanalyse erforderlich.
Populationswachstum
Funktion demographischer Prozesse:
- Geburt und Tod
- geschlossene Population (keine Zu- und Abwanderung)
Veränderung der Populationsgröße N(t)
Der Populationszuwachs (∆N) in einem gegebenen Zeitintervall (∆t) hängt von der Geburtenrate (b) und Sterberate (d) ab.
Abb. VL6, 10
Diskrete Populationsmodell (univoltin) - Nettoreproduktionsrate
- beschreiben diskreten Zeitraum/Zeitpunkt
- bezieht Geburtenrate mit ein, aber nicht Sterberate, da es sich um univoltine Organismen handelt
Einjährige Arten = nur eine Reproduktionsperiode (univoltin)
R0 = Nettoreproduktionsrate (Anzahl Nachkommen pro Weibchen)
Populationsgröße zu einem bestimmten Zeitpunkt:
N(t+1)=R(0)*N(t)
R(0)=Nettoreproduktionsrate
Diskrete Populationsmodelle (iteropar)
- beschreibt mehrjährige Arten, d.h. mehrere Reproduktionsperioden
- Anzahl Geburten und Todesfälle altersabhängig
- Unterscheidung in Altersklassen (präreproduktiv, reproduktiv, postreproduktiv)
→Alterspyramide
Wachstumsrate einer Population
Wachstumsrate nimmt mit Populationsgröße zu
Abb. VL6, 11
Kontinuierliche Populationsmodelle
unter Einbeziehung von Geburtenrate (b) und Sterberate (d) als Konstanten pro Kopf
r=b-d
Netto-Wachstumsrate über die Zeit:
dN/dt=rN
Das Wachstum der Population pro Zeiteinheit (dN/dt) ist proportional zur Anzahl der Individuen (N) in der Population
r > 0 → Geburtenrate > Sterberate - Population wächst exponentiell r < 0 → Geburtenrate < Sterberate - Populationsdichte nimmt ab r = 0 → Geburtenrate = Sterberate - kein Wachstum vorhanden
Abb. VL 6, 11
Grenzen des Wachstums
Umweltfaktoren wirken begrenzend auf das Wachstum, ein Populationswachstum erfolgt nur bis zur Kapazitätsgrenze K des Habitats.
dN/dt=rN(K-N/K)
Exponentielles Wachstum
- bei Bakterienkulturen unter Idealbedingungen
- höhere Organismen: Kolonisierung neuer Habitate
Populationswachstum
Grundlagen der Modelle
Konzept “balance of nature”
Grundlagen der gezeigten Modelle:
- Regulation der Population NUR durch dichteabhängige Veränderung von Geburtenrate und Sterberate möglich
- Anzahl zu- bzw. abgewanderter Individuen innerhalb eines Zeitintervalls wird nicht berücksichtigt
Konzept „balance of nature“:
- Populationen wachsen monoton bis zur Kapazitätsgrenze (K) des Lebensraums
- limitierende Faktoren bestimmen den Umweltwiderstand
→ Evolution unterschiedlicher Reproduktionsstrategien
Lebenszyklen von Organismen
ökologische Strategien als Anpassung an Umweltbedingungen führen zu spezifischen Überlebens- und Reproduktionsmustern
durch natürlichen Selektion im Laufe der Stammesgeschichte
spiegeln zeitliche Stabilität der Lebensräume wider
Habitattypen
Stark veränderliche, kurzzeitige Lebensräume
- Umweltfaktoren weisen eine große Dynamik und Variabilität auf
- auftretende Veränderung sind oft zufallsbedingt
Relativ stabile, für lange Zeit existierende Lebensräume
- Umweltfaktoren relativ konstant und gleichmäßig
- zufallsbedingte Schwankungen selten
Konzept der r-und K-Strategie (“life history trails”)
Organismen mit ähnlicher Lebenszyklus-, Reproduktions- und Überlebensstrategie werden in r- oder K-Strategen eingeteilt.
Buchstaben r und K beziehen sich auf Parameter, welche das Populationswachstum beschreiben
- r = Wachstumsrate
- K = Kapazitätsgrenze
r- und K-Strategen unterscheiden sich in:
- Körpergröße
- Fekundität (Fruchtbarkeit)
- Lebensdauer
Klassifikation geeignet zur Gegenüberstellung von nah verwandten oder gut vergleichbaren Arten.
r-Strategen
- kurzlebig
- geringe Körpergröße
- hohe Reproduktionsrate
- schnelle Indivudualentwicklung
- große Nachkommenzahl
- keine Brutpflege
- bewohnen häufig instabile Umwelten
- Umweltressourcen selten begrenzender Faktor (keine Konkurrenz)
- gute Kolonisierer
- schnelle Reaktion auf Störungen
K-Strategen
- stabile Populationen
- langlebig
- hohe Körpermassen
- niedrige Reproduktionsrate
- langsame Individualentwicklung
- wenig Eier, Nachkommen
- intensive Brutpflege
- Lebensraumspezialisten, nutzen Ressourcen effizient
- Populationen befinden sich an/nahe der Kapazität
- innerartliche Konkurrenz spielt eine große Rolle
- Mortalitätsrate mehr von Individuendichte abhängig als von Umweltbedingungen
Zusammenfassung
Die Altersstruktur einer Population wird durch die Zahl oder den relativen Anteil der Individuen verschiedener Altersklassen definiert (präreproduktiv, reproduktiv, postreproduktiv)
Diskrete Populationsmodelle unterscheiden zwischen univoltinen (einjährigen) und iteroparen (mehrjährigen) Arten und charakterisieren einen bestimmten Zeitpunkt.
Kontinuierliche Populationsmodelle benutzen die per capita Wachstumsrate r, d.h. die momentane Wachstumsrate der Population, unter den gegebenen Umweltbedingungen (Kapazitätsgrenze K).
Ökologische Strategien als Anpassung an die Umweltbedingungen des Habitats resultierend in spezifischen „life history traits“ (r-und K-Strategen)
Lebenstafeln als reales Bild der Populationsdynamik
Eine Lebenstafel stellt eine Übersicht über die altersspezifischen Sterberaten dar, einschließlich einer Berechnung der Lebenserwartung (meist in Jahren) der Individuen der einzelnen Altersklassen einer Population.
Die Aufstellung einer Lebenstafel beginnt mit einer Kohorte, d.h. einer Gruppe von Individuen, die im selben Zeitraum geboren wurden.
Aufstellen einer Lebenstafel
Graues Eichhörnchen
siehe VL6
Kohortentafel oder dynamische Lebenstafel
Gegensatz dazu: statische Lebenstafel
- Querschnitt durch die Population zu einem bestimmten Zeitpunkt
- entspricht diskretem Populationsmodell
- hier repräsentiert durch erste Zeile der Lebenstafel
