Aufgabensammlung. Betrachtungsebenen und Faktoren. Welche Aussagen sind richtig, welche falsch? Ökologie Schroedel, Braunschweig

Transkript

1 Betrachtungsebenen und Faktoren Welche Aussagen sind richtig, welche falsch?

2 Stoffkreislauf und Energiefluss I Beschriften Sie die Abbildung. Mineralstoffe Biomasse Mineralstoffe Biomasse O 2 CO 2 Lichtenergie Mineralstoffe O 2 O 2 CO 2 Biomasse CO 2 O 2 Konsumenten Wärmeenergie CO 2 Destruenten tote Biomasse

3 Stoffkreislauf und Energiefluss II Die Lebewesen eines Ökosystems lassen sich in drei verschiedene Funktionsgruppen einteilen, je nachdem, welche Form der Nährstoffe und Energie sie verwenden. a) Nennen Sie diese drei unterschiedlichen Gruppen und erläutern Sie die Ernährung und Energiegewinnung der Organismen. b) Warum spricht man von Stoffkreislauf und Energiefluss? Produzenten: die einzige Gruppe, die neue Biomasse aufbaut; aus im Wasser gelösten Mineralstoffen unter biochemischer Fixierung von Lichtenergie (Primärproduktion) Konsumenten: Energiegewinn durch Umbau meist lebender Biomasse; Nahrung ist Energieträger keine Neubildung von Biomasse Destruenten: Energiegewinn durch Abbau toter Biomasse und organischer Verbindungen; auch keine Neubildung von Biomasse nur Umformung von Energieträgern. Man spricht von Stoffkreislauf, weil die Stoffe aus dem Ökosystem nicht verschwinden, sondern aufgenommen sowie umgewandelt werden und wieder in die Produktion gelangen. Hingegen ist es ein Energiefluss, weil die Energie der Sonne von einer Trophiestufe zur nächsten nur in eine Richtung weitergegeben wird. Alle Trophiestufen geben Energie an die Umwelt ab.

4 Nahrungsbeziehungen und Trophiestufen I Je nachdem, welche Organismen und welche Nahrungsbeziehungen eines Ökosystems betrachtet werden, kann ein und dieselbe Art unterschiedliche Trophiestufen belegen. Suchen Sie aus dem Nahrungsnetz, das in der Animation Nahrungsbeziehungen und Trophiestufen gezeigt wird, drei verschiedene Nahrungsketten heraus. Notieren Sie die von Ihnen ausgesuchten Organismen dabei in den jeweiligen Feldern der Trophiestufen. Bei manchen Nahrungsketten ist die Kette der Konsumenten so lang, dass noch eine 4. und 5. Ordnungsebene entstehen. Fischadler Fischadler Hecht Fischadler Hecht Wasserfrosch erwachsen Karpfen Karpfen Gelbrandkäferlarve Mückenlarven Schlammschnecke Wasserfrosch Kaulquappe Algen Hornblatt Tausendblatt

5 Nahrungsbeziehungen und Trophiestufen II Ordnen Sie die richtigen Bezeichnungen den dargestellten Pyramiden zu.

6 Nahrungsbeziehungen und Destruenten a) Mit welchen trophischen Stufen interagieren Destruenten? Destruenten agieren mit allen Trophiestufen - dadurch kommt es zu unterschiedlich kurzen Stoffkreisläufen. b) Auf welchen trophischen Stufen wird Energie freigesetzt und bei welchen Stoffwechselprozessen? Auf allen Trophieebenen wird bei der Zellatmung die in der Biomasse fixierte chemische Energie als Wärmeenergie frei. Ebenso wird beim Abbau toter Biomasse, durch die Zellatmung der Destruenten, die im Detritus gespeicherte Wärmeenergie frei. Nahrungspyramide und Energiefluss Ordnen Sie den Begriffen die richtigen Definitionen zu, indem Sie den jeweiligen Buchstaben des Begriffes hinter der Definition notieren und sie in die richtige Reihenfolge legen. Für manche Begriffe gibt es mehrere, sich ergänzende Definitionen. A Biomasse Masse der Lebewesen eines Ökosystems, einer Trophiestufe oder eines Gebietes. A Organische Substanz, die durch Fotosynthese aus organischen Stoffen hergestellt wird. A B Bruttoprimärproduktion Gesamtmenge an Biomasse, die von Pflanzen eines Ökosystems durch Fotosynthese hergestellt wird. B C Nettoprimärproduktion Bruttoprimärproduktion abzüglich der für den eigenen Bedarf der Pflanzen veratmeten Biomasse. C D Sekundärproduktion Biomasse, die von einem Konsumenten für den Aufbau körpereigener Substanz genutzt wird. D E ökologische Effizienz Von Konsumenten aufgenommene, in Biomasse gespeicherte Energie, abzüglich der durch Atmung und unverdauliche Exkremente abgegebenen Energie. Prozentsatz an Energie, der von einer Trophiestufe an die nächste weitergegeben wird. D E

7 Oligotroph und eutroph Welche Faktoren können in einem eutrophen See während der Sommer-Stagnation zu einem Umkippen führen? Komplettieren Sie hierzu die Mind-Map, indem Sie die beschrifteten Karten an die richtige Stelle ziehen.

8 Potenzen und Nischen I In den beiden Toleranzkurven sind die physiologischen Potenzen der Arten A und B dargestellt. Sie beziehen sich auf einen bestimmten Umweltfaktor. Wie verändert sich die Toleranzkurve der Art A, wenn die konkurrierende Art B am selben Standort vorkommt? Drucken Sie die Grafiken aus oder kopieren Sie sie in ein Programm, mit dem Sie Freihand zeichnen können. a) Zeichnen Sie in die Toleranzkurve der Art A ebenfalls die Toleranzkurve der dominanten Art B. b) Auf welchen Bereich der physiologischen Potenz wird die Art A zurückgedrängt? Schraffieren Sie diesen Bereich der ökologischen Potenz der Art A. c) Schraffieren Sie in einer anderen Farbe den Bereich der ökologischen Potenz der Art B. Begründen Sie. Art B Ökologische Potenz Art B Art A Ökologische Potenz Art A Stärke des Umweltfaktors (z.b. Temperatur, Lichtintensität)

9 Potenzen und Nischen II Welche Aussagen sind richtig, welche falsch? Potenzen und Nischen III Welche Aussagen sind richtig, welche falsch?

10 Potenzen und Nischen IV Beschreiben Sie die abgebildete Grafik. a) Gehen Sie dabei auf die physiologischen und ökologischen Potenzen der einzelnen Arten ein. b) Kann man hier auch von fundamentalen und realen Nischen der Arten sprechen? a) In dieser Grafik sind die ökologischen Potenzbereiche von fünf konkurrierenden Baumarten an die zwei Umweltfaktoren Bodenfeuchte und ph-wert gezeigt. Jede dieser Baumarten hat zunächst eine genetisch festgelegte Anpassungsfähigkeit in Bezug auf jeden dieser Umweltfaktoren. Diesen Anspruch an einen Umweltfaktor nennt man auch Toleranzbereich oder physiologische Potenz. Wird dieser Toleranzbereich, wie in dieser Betrachtung, durch andere Arten eingeschränkt, entsteht jeweils die ökologische Potenz einer Art. Die Rotbuche zeigt ein breites Vorkommen auf Böden, die nass bis trocken sind und ein breites ph-spektrum von sauer bis alkalisch aufweisen können. Sie hat sich in diesen Bereichen gegenüber den anderen Baumarten durchgesetzt und zeigt damit ihre ökologische Potenz in den mittleren Bereichen der Umweltfaktoren. Ihre physiologische Potenz kann man aus der Abbildung nicht ableiten. In der Animation Potenzen und Nischen kann man jedoch sehen, dass sich die physiologische Potenz der Rotbuche durch die hier gezeigte Konkurrenz nicht einschränkt und somit ihrer ökologischen Potenz entspricht. Die Stileiche zeigt ihre ökologische Potenz in den extremeren Bereichen der Böden. Sie wächst vor allem auf Böden, die entweder trocken oder stark sauer sind. Ihre physiologische Potenz muss demnach breit angelegt sein, sodass sie die extremeren Ansprüche an einen Umweltfaktor abdeckt. Auf den noch extremeren Standpunkten hat sich die Waldkiefer durchgesetzt: Sie kommt auf den sauren und stark sauren Böden vor, die sowohl trocken als auch nass sein können. Außerdem ist sie auf trockenen und sogleich alkalischen Böden zu finden. Dies spricht dafür, dass sie eine breite physiologische Potenz dieser Umweltfaktoren aufweist und daher in Konkurrenz mit den gezeigten Baumarten auf diese Randbereiche verdrängt wird, die andere Bäume kaum oder gar nicht besiedeln können. Die ökologische Potenz der Schwarzerle befindet sich in einem Bereich, in dem die anderen Baumarten nicht gedeihen können: den nassen Böden, die mäßig sauer bis alkalisch sind. In der Animation Potenzen und Nischen ist zu sehen, dass die physiologische Potenz der Schwarzerle größer ist und auch saure Böden umfasst sowie neben nassen Böden auch feuchte und frische Böden, die prinzipiell - in Abwesenheit von Konkurrenz durch andere Baumarten - durch die Schwarzerle besiedelt werden könnten.

11 Potenzen und Nischen IV Beschreiben Sie die abgebildete Grafik. a) Gehen Sie dabei auf die physiologischen und ökologischen Potenzen der einzelnen Arten ein. b) Kann man hier auch von fundamentalen und realen Nischen der Arten sprechen? b) Die ökologische Nische wird allgemein definiert als die Summe aller Ansprüche einer Art an sämtliche biotische und abiotische Umweltfaktoren eines Ökosystems. Je nachdem, ob man die physiologische Potenz einer Art oder die ökologische Potenz einer Art betrachtet, kann weiter in fundamentale Nische und reale Nische unterschieden werden. So handelt es sich bei der fundamentalen Nische um die physiologische Potenz einer Art bezogen auf alle Umweltfaktoren. Das gleiche gilt dann auch analog für den Nischenbegriff der realen Nische : Die reale Nische einer Art wird bestimmt durch die ökologische Potenz bezogen auf alle relevanten Umweltfaktoren. Da es aber nicht möglich ist, sämtliche relevanten Umweltfaktoren vollständig zu bestimmen, beschränkt man sich in der Praxis of auf einige wenige Umweltbeziehungen und spricht bei den aufgezeigten Potenzen ebenso von Nischen. Demnach kann man auch in dieser Grafik die ökologischen Potenzen der Baumarten als reale Nischen bezeichnen. Da sich die Grafik auf zwei Umweltfaktoren bezieht, spricht man auch von einem zweidimensionalen Nischenmodell.

12 Population und Wachstum I In einem Lebensraum kommen Hecht und Fischadler vor. Wie würden sich die Populationsgrößen beider Arten im zeitlichen Verlauf verändern, wenn wir von einem idealisierten Räuber-Beute-Verhältnis ausgehen? Kopieren Sie für die Antwort die gezeigte Wachstumskurve in ein Programm, in dem Sie Freihand zeichnen können oder drucken Sie die Grafik aus. a) Ergänzen Sie die Wachstumskurve der Fischadlerpopulation. b) Zeichnen Sie die Kapazitätsgrenzen der Hecht- und der Fischadler-Population ein. Individuenanzahl Kapazitätsgrenzen Zeit Beute Räuber zu b) Die Kapazitätsgrenzen der idealisierten der Räuber- und Beutebeziehung entsprechen den Mittelwerten der Wachstumskurven, um die die Populationsgrößen schwanken. Erklärung siehe auch Antwort c)

13 Population und Wachstum II c) Handelt es sich bei den Wachtumskurven von Hecht und Fischadler jeweils um exponentielles oder logistisches Wachstum? Begründen Sie Ihre Antwort. Wachstumskurven in natürlichen Systemen zeigen typischerweise sowohl exponentielles als auch logistisches Wachstum der jeweiligen Population. In unserem Beispiel gehen wir von einem idealisierten Räuber-Beute-Verhältnis aus, das heißt, wir nehmen an, dass der Wachstumsverlauf beider Populationen nur voneinander abhängig ist und alle anderen biotischen und abiotischen Umweltfaktoren konstant bleiben. Dennoch zeigt sich auch hier, in den periodisch gleichförmigen Schwankungen der Wachstumskurven, immer wieder eine zunächst exponentielle und dann logistische Wachstumsphase: Sind Ressourcen unbegrenzt vorhanden, also die Umweltfaktoren sind optimal zum Überleben und Vermehren einer Population, wächst eine Population exponentiell; das heißt, dass sich innerhalb eines bestimmten Zeitraums die Individuenzahl immer um einen bestimmten Faktor erhöht. Grafisch zeigt sich dieser exponentielle Zuwachs der Populationsgröße als J-förmiger Kurvenverlauf, mit zunächst flachem und dann steilem Anstieg. Eine hohe Geburtenrate und eine niedrige Sterberate kennzeichnen diese Phase. Für unsere betrachtete Fischadlerpopulation heißt das, dass sie immer dann exponentiell wächst, wenn die vorhandenen Greifvögel ausreichend Hechte als Nahrung vorfinden. Hingegen ist exponentielles Wachstum bei den Hechten immer dann möglich, wenn der Fischadlerbestand so niedrig ist, dass er das Wachstum der Hechte nicht beeinflusst. Werden die Ressourcen weniger oder die vorhandenen Umweltfaktoren beginnen sich negativ auszuwirken, so sinkt hingegen das Wachstum der jeweiligen Population und die Wachstumskurve flacht ab. Das exponentielle Wachstum geht in ein logistisches Wachstum über. In unserem idealisierten Beispiel tritt dieser Wachstumsrückgang bei den Hechten dann ein, wenn die Anzahl der Fischadler so angestiegen ist, dass insgesamt mehr Fische erbeutet werden als sich fortpflanzen können. Ebenso nimmt das Wachstum der Fischadlerpopulation dann ab, wenn die Räuber die Hechte soweit dezimiert haben, dass die vorhandene Anzahl der Beuteltiere nicht mehr ausreicht alle Fischadler zu ernähren. Die Geburtenrate nimmt ab und die Sterberate nimmt zu, bis sie sich schließlich die Waage halten und die jeweilige Population nicht mehr weiter wächst. Würde die Populationsgröße jetzt über die Zeit bei diesem Wert verharren, wäre offensichtlich, dass die Kapazitätsgrenze der jeweiligen Population erreicht ist. In unserem idealisierten Räuber- Beute-Modell schwankt aber sowohl die Population der Hechte als auch der Fischadler um einen bestimmten Mittelwert. Dieser Mittelwert markiert in diesem Fall die Kapazitätsgrenze von Räuber und Beute, über die beide Populationen immer wieder hinausschießen, bevor sie durch die jeweils andere Population dezimiert werden. In natürlichen Systemen würden verschiedenste andere biotische und ebenfalls abiotische Faktoren das Wachstum der betrachteten Populationen zusätzlich beeinflussen. So würden ab einer bestimmten Bestandsdichte der Tiere ebenfalls die intraspezifische Faktoren wie Konkurrenz um Brutplatz oder Nahrung eine Rolle spielen. Unter Betrachtung dieser dichteabhängigen Faktoren würden dann die Kurven beider Populationen in ihren Schwingungen immer mehr abflachen und sich dem Mittelwert und damit der Kapazitätsgrenze annähern.

14 Konkurrenz und Pantoffeltierchen I Ergebnisse: a) Kopieren Sie die Ergebnisse Ihres Versuches in ein Tabellenkalkulationsprogramm und erstellen Sie die Graphen zu den einzelnen Versuchsansätzen. P. aurelia in Reinkultur P. caudatum in Reinkultur P. bursaria in Reinkultur P. aurelia (Mischkultur mit P. caudatum) P. caudatum (Mischkultur mit P. aurelia) P. aurelia (Mischkultur mit P. bursaria) P. bursaria (Mischkultur mit P. aurelia)

15 Konkurrenz und Pantoffeltierchen I Ergebnisse: b) Beschreiben Sie, wie sich die Individuenanzahl der jeweiligen Arten in den verschiedenen Versuchsansätzen im Verlauf der Kulturdauer verändert hat. Alle Kulturansätze zeigen ein logistisches Wachstum. In Reinkultur erreicht P. aurelia bereits nach 8 Tagen seine Kapazitätsgrenze von etwa 100 Tieren pro ml und P. bursaria nach 10 Tagen eine Kapazitätsgrenze von etwa 60 Tieren pro ml. Die Tiere der P. aurelia -Population halten sich vor allem im oberen Drittel der Nährlösung auf, die Tiere von P. bursaria eher am Boden des Reagenzgläschens. P. caudatum zeigt wie P. aurelia zwischen dem 6. und dem 8. Tag ein starkes Abflachen der Wachstumskurve und pendelt dann zwischen einer Individuenanzahl von 60 und 79 Tiere pro ml. Die Tiere von P. caudatum befinden sich wie P. aurelia eher im oberen Bereich der Nährlösung. P. aurelia wächst demnach in Reinkultur schneller als P. bursaria oder P. caudatum und erreicht seine Kapazitätsgrenze eher, die dann mit 100 Tieren pro ml auch wesentlich höher liegt als die von als P. bursaria mit maximal 60 Tieren pro ml oder P. caudatum mit 79 Tieren pro ml. In beiden Mischkulturen erreicht P. aurelia ebenfalls eine hohe Individuenanzahl, die in der Mischkultur mit P. caudatum bei maximal 98 Tieren pro ml kaum und in der Mischkultur mit P. bursaria bei maximal 85 Tieren pro ml etwas erniedrigt ist. Allerdings steigen die Wachtumskurven etwas flacher an, das heißt die Populationen wachsen in Mischkultur langsamer und erreichen auch erst um den 12 bis 14. Tag ihr Plateau, die Kapazitätsgrenze. Auch P. bursaria zeigt in Mischkultur mit P. aurelia eine leicht abgeflachte Wachstumskurve und bleibt mit maximal 50 Tieren pro ml unter der maximalen Individuenanzahl der Reinkultur von maximal 60 Tieren pro ml. Einen starken Einbruch der Population zeigt jedoch P. caudatum in Mischkultur mit P. aurelia. Bereits zwischen dem 4. und dem 6. Tag flacht die Wachstumskurve stark ab und fällt ab dem 6. Kulturtag, bis schließlich am 16. Tag nur noch zwei Tiere pro ml vorhanden sind. Anmerkungen: Um die Fragen beantworten zu können, ob eine Konkurrenz zwischen den Arten P. aurelia und P. caudatum sowie P. aurelia und P. bursaria besteht, sollten Sie den Versuch wie folgt angesetzt haben: In drei Reagenzgläschen wird jeweils die Reinkultur einer der drei Paramecium-Arten angelegt. Diese dienen als Kontrollansätze. In einem 4. Reagenzglas werden P. aurelia und P. caudatum als Mischkultur gehalten und in einem 5. Reagenzglas P. aurelia und P. bursaria.

16 Konkurrenz und Pantoffeltierchen II Diskussion: Diskutieren Sie anhand Ihrer Ergebnisse Ihre Eingangsfragen: c) Gibt es eine Konkurrenz zwischen den Arten P. aurelia und P. caudatum und wie wirkt sie sich aus? In der Mischkultur von P. aurelia und P. caudatum wächst die Population von P. aurelia nahezu wie in ihrer Reinkultur, während die Population von P. caudatum sehr stark einbricht und bis auf zwei Tiere pro ml dezimiert wird. Beide Arten halten sich außerdem vorwiegend im oberen Bereich der Nährlösung auf und ernähren sich von den in der Nährlösung vorkommenden Bakterienkulturen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die ökologische Nische der beiden Arten (in diesem Falle könnte man auch von realer Nische sprechen s. Aufgabe Potenzen und Nische IV) bezogen auf das Fressverhalten und den Aufenthaltsort im Lebensraum, sehr ähnlich sind und demnach die interspezifische Konkurrenz sehr groß. Unter diesem Konkurrenzdruck schafft es die schneller wachsende Population von P. aurelia sich durchzusetzen und P. caudatum nahezu zu verdrängen. Es gilt das Konkurrenzauschlussprinzip, wonach zwei Arten mit identischen Ansprüchen an ihre Umwelt, also mit ein- und derselben ökologischen Nische, nicht nebeneinander existieren können. d) Gibt es eine Konkurrenz zwischen den Arten P. aurelia und P. bursaria und wie wirkt sie sich aus? e) Hat sich Ihre Hypothese bestätigt? In Mischkultur von P. aurelia und P. bursaria wachsen beide Kulturen etwas langsamer und nicht so stark an wie in Reinkultur. Die Tiere von P. aurelia sind vorwiegend im oberen Bereich der Nährlösung und die Tiere von P. bursaria im unteren Bereich der Nährlösung zu finden. Dies spricht dafür, dass die beiden Arten nicht nur unterschiedliche Bereiche des Lebensraumes besetzen, sondern auch ein anderes Fressverhalten zeigen. Während P. aurelia sich vorwiegend von den im freien Wasserkörper befindlichen Bakterien ernährt, fressen die Tiere von P. bursaria die schwereren vorwiegend am Boden befindlichen Hefezellen und hier lebenden Bakterien. Wie die beiden etwas flacheren Wachstumskurven zeigen, gibt es dennoch eine geringe interspezifische Konkurrenz, die auf die erhöhte Anzahl der Tiere in der Nährlösung insgesamt zurückzuführen sein muss. Es wird sich dabei um abiotische Umweltfaktoren handeln, die das Wachstum beider Populationen beeinflussen, wie zum Beispiel die Konkurrenz um Sauerstoff oder die Auswirkung der zugenommenen Menge an Stoffwechselprodukten.

17 Räuber und Beute: Milben I Vervollständigen Sie das Räuber-Beute-Schema. Beschriften Sie dazu die richtigen Beziehungspfeile mit folgenden Beschreibungen: je weniger, desto mehr; je mehr, desto weniger; je weniger, desto weniger; je mehr, desto mehr. Achtung: zwei Beziehungspfeile sind falsch und sollten daher nicht beschriftet werden. je mehr, desto weniger je weniger, desto mehr je mehr, desto mehr je weniger, desto weniger je mehr, desto weniger je weniger, desto mehr je mehr, desto mehr je weniger, desto weniger

18 Räuber und Beute: Milben II Huffaker vesuchte ein System unter Laborbedingungen zu erstellen, um standardisiert Räuber-Beute-Beziehungen beobachten zu können. Dies gestaltete sich schwierig. a) Erklären Sie die Schwankungen im Populationsverlauf der Spinnmilbe, wenn diese Art allein in die einfach strukturierte Umwelt Huffakers gesetzt wird. Die Schwankungen rühren daher, dass die Population der Spinnenmilbe auf lediglich eine Orange gesetzt wird und sich dort stark vermehrt bis nicht mehr ausreichend Orange als Nahrung zur Verfügung steht. Die Population auf dieser Orange bricht daraufhin zusammen. Zeitgleich erreichen jedoch einzelne Tiere eine weitere Orange, auf der die Population anschließend auch wieder so weit ansteigt, bis die Orangenschale nicht mehr für alle Tiere als Nahrung ausreicht und die Population erneut einbricht. Dieser Verlauf in der Wachstumskurve wiederholt sich periodisch bis nach etwas 110 Tagen der Versuch abgebrochen wird. Über die Versuchsdauer steigt die Individuenanzahl leicht an, was damit erklären werden kann, dass immer weitere Orangen gleichzeitig besiedelt werden. b) Warum werden nur zwei Raubmilben und jedoch 20 Spinnmilben in die einfach strukturierte Umwelt gesetzt? Was sind vermutlich die Gründe für den trotzdem erfolgenden Zusammenbruch der Spinnmilben-Population? Warum kommt es dann auch zum Absterben der Raubmilben? Mit 20 Tieren der Spinnmilbe soll genug Beute für die zwei Raubmilben angeboten werden und gleichzeitig genug Spinnmilben vorhanden sein, um einen weiteres Fortbestehen ihrer Population zu ermöglichen. Dass die Spinnmilben-Population dann dennoch einbricht, liegt vermutlich daran, dass die Spinnmilben bereits durch die Raubmilben dezimiert werden, bevor sie eine weitere Orange besiedeln. Dies geschieht im Kontrollansatz, ohne Raubmilbe, erst um den 40. Tag. Zu diesem Zeitpunkt ist im Ansatz mit Raubmilbe die Spinnmilben-Population aber bereits zusammengebrochen. Die Raubmilben verhungern im Anschluss, da nicht mehr genug Beute vorhanden ist.

19 Räuber und Beute: Milben III Huffaker vesuchte ein System unter Laborbedingungen zu erstellen, um standardisiert Räuber-Beute-Beziehungen beobachten zu können. Dies gestaltete sich schwierig. c) Mit welchen Gegenmaßnahmen versucht Huffaker in der komplex strukturierten Umwelt einen schnellen Zusammenbruch der Spinnmilbenpopulation zu verhindern? Was bewirken diese Maßnahmen? Huffaker erhöht die Gesamtzahl der Orangen auf 120, die pro Frucht aber nur noch 1/20 der Oberfläche als Nahrung für die Spinnmilben bieten. Die Anzahl der Spinnmilben wird auf 120 Tiere angehoben, aber pro Frucht nur eine Spinnenmilbe abgesetzt. Die als Nahrung zur Verfügung stehende Orangenoberfläche verringert sich also pro Spinnmilbe und pro Orange. So verknappt das Nahrungsangebot der auf einer Orange wachsenden Spinnmilben-Teilpopulation eher und zwingt diese zu einem früheren Zeitpunkt die Orange zu verlassen und sich eine weitere Nahrungsquelle (Orange) zu erschließen. Da jetzt die Orangen auf dem Tablett nicht mehr durch Gummibälle voneinander getrennt sind, liegt die nächste Futterquelle der Spinnmilben jedoch in einem kürzeren Abstand. Auf jede 4. Orange wird eine Raubmilbe gesetzt. Damit gibt es zwar mehr Raubmilben pro Spinnmilben als im Versuch der einfachen Umwelt, dafür werden aber sowohl die Spinnmilben als auch die Raubmilben weiträumig über die Umwelt verteilt. Nur auf jeder 4. Orange sitzen zu Anfang eine Raubmilbe und eine Spinnmilbe. Das heißt, die Spinnmilben auf den Orangen ohne Raubmilben haben einen größeren zeitlichen Vorsprung, um sich erst einmal zu ernähren und fortzupflanzen, bevor der erste Kontakt mit ihren Fressfeinden stattfindet. Die Verbreitung der Raubmilbe wird außerdem erschwert, indem teilweise Vaseline auf das Tablett zwischen die Orangen geschmiert wurde, während die Verbreitung der Spinnmilbe über die Luft durch das Aufstellen von einigen kleinen Holzstäbchen und einem Ventilator unterstützt wird. So können sich die Spinnmilben einfacher und schneller als ihre Fressfeinde in der komplexen Umwelt ausbreiten, während sie gleichzeitig gezwungen sind, sich in kürzeren Zeitabschnitten neue Nahrungsquellen zu erschließen. Die Maßnahmen erreichen, dass sich beide Milbenpopulationen über 3 Wachstumszyklen entwickeln können, bevor schließlich die Spinnmilben-Population zusammenbricht. Die Population der Raubmilben bricht kurz darauf ein, da die Raubmilben ohne ihre Beutetiere verhungern.

20 Räuber und Beute: Milben III Huffaker vesuchte ein System unter Laborbedingungen zu erstellen, um standardisiert Räuber-Beute-Beziehungen beobachten zu können. Dies gestaltete sich schwierig. c) Wie würden Sie den Versuchsaufbau weiter verändern um ein Überleben beider Milbenarten über drei Zyklen hinaus zu ermöglichen? Zwischen dem Versuchsansatz einfach strukturierte Umwelt und dem Versuchsansatz komplex strukturierte Umwelt sind simultan mehrere Parameter gleichzeitig verändert worden. So kann aufgrund des Vergleichs der beiden Versuchsansätze nicht direkt gesagt werden kann, welche Veränderung oder welche Veränderungen im Versuchsaufbau dazu geführt haben, dass es zur Entwicklung der Räuber-Beute-Populationen über drei Wachstumszyklen gekommen ist. Um die Frage zu beantworten, müsste also zunächst jeder Parameter einzeln untersucht werden. Nacheinander könnte man in jeweils einem Versuchsansatz nur einen der folgenden Parameter ändern: Versuch 1: die Anzahl der Raubmilben insgesamt verringern, damit weniger Räuber Beute machen können und sich nicht so schnell vermehren können; Versuch 2: die Anzahl der Spinnmilben pro Orange erhöhen, damit sich die Teilpopulationen der Spinnmilben schneller entwickeln können, bevor die Raubmilben auf sie treffen; Versuch 3: die Anzahl der Holzstäbchen weiter erhöhen, sodass die Spinnmilben noch weitere Verbreitungswege haben, die die Raubmilbe nicht nutzen kann; Versuch 4: noch mehr Strecken werden mit Vaseline für die Raubmilben schwer zu passieren; Versuch 5: noch mehr Orangen ermöglichen den Spinnmilben sich in einem noch größeren Lebensraum zu verbreiten und damit den Zeitraum zu verlängern, bis die Raubmilben auf die Teilpopulation der Spinnmilben trifft. Anmerkung: Tatsächlich führte Huffaker über mehrere Jahre einige Versuchsreihen durch, in denen im Laufe der Zeit verschiedene Parameter verändert wurden. In unserem interaktiven Versuch haben wir jedoch mit der komplex strukturierten Umwelt den komplexeren Versuchsaufbau gezeigt, der erfolgreich das erste Mal über mehrere Wachstumszyklen eine Räuber-Beute- Beziehung ermöglichte. In einem nachfolgenden Versuch erhöhte Huffaker die Anzahl der Orangen auf 252 und konnte damit sech Wachstumszyklen des Räuber-Beute-Systems zeigen, bevor die Populationen zusammenbrachen.

21 Sie haben verschiedene ökologische Faktoren kennengelernt. Ordnen Sie zu, welcher Mechanismus oder Faktor den größten Einfluss auf die Populationsschwankungen der verschiedenen Beispiele hatte.