Ökoregionen & Makroökologie. 12 Makroökologie 12.1 Einführung in die Makroökologie

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1 Ökoregionen & Makroökologie 12 Makroökologie 12.1 Einführung in die Makroökologie

2 Einführung Google-Suche: - ~3.790 (2005: 294) Fundstellen unter Makroökologie - ~ (2005: ) Fundstellen unter macroecology Suche im ISI Web of Knowledge: Artikel unter macroecology ( )

3 Smith et al. 2008

4 Einführung Brown, J. & Maurer, B. (1989): Macroecology: The division of food and space among species on continents. Science 243 (4895), Brown, J.H. (1995): Macroecology. University of Chicago Press, Chicago. Gaston, K.J. & Blackburn, T.M. (2006): Pattern and process in macroecology. Blackwell Science, Oxford. Zeitschrift: Global ecology and biogeography: a journal of macroecology

5 Smith et al. 2008

6 Einführung Ziel der ökologischen Forschung ist es, die Verteilung von und Häufigkeit von Organismen auf der Erde zu erklären. Ökologische Systeme sind komplex und aufgrund der Vielzahl von Interaktionen nicht vorhersagbar.

7 Einführung Lösungsansätze: Betrachtung einfacher Systeme (reduktionistischer Ansatz) (m)ost scientists believe that the properties of the whole are a consequence of the behaviour and interactions of the components. This is not to say the way to understand the whole to begin with the parts. We may reveal patterns in the whole that are not evident at all in in its separate parts. (MacArthur 1972) Betrachtung von Beziehungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt auf großer räumlicher oder zeitlicher Skale (holistischer Ansatz)

8 Einführung What a struggle between the several kinds of trees must here have gone on during long centuries, each annually scattering its seeds by the thousands; what war between insect and insect between insect, snails, and other animals with birds and beasts of prey all striving to increase, and all feeding on each other or on the trees or their seeds and seedlings, or on other plants which first clothed the ground and thus ckecked the growth of the trees! (Darwin, 1859) die meisten Pflanzenarten sind relativ selten, einige wenige häufig große Tierarten sind seltener als kleine sowohl in der Artenzahl als auch in der Häufigkeit Arten, die in der Umgebung häufig vorkommen, sind häufig auf der Untersuchungsfläche

9 Einführung Geographische Lage/ Höhenlage Biotische Interaktionen Größe der Landmasse Lokale Artenvielfalt Insel/ Festland Regionale Artenvielfalt

10 Einführung Ziele in der Makroökologie sind das Verständnis der Bedeutung von übergeordneten statistischen Zusammenhängen für kleinräumig beobachtete Muster der Entstehung und der Zusammenhänge makroökologischer Phänomene

11 Muster in der Häufigkeitsverteilung von Arteneigenschaften I) Arten-Abundanz-Verteilung Aus Storch & Gaston 2004 Häufigkeitsverteilung der Abundanz von Vogelarten in der Tschechischen Republik dargestellt auf einer arithmetischen (A) bzw. logarithmischen Skala (B).

12 Muster in der Häufigkeitsverteilung von Arteneigenschaften II) Arten-Verbreitungsgebiet-Verteilung Aus Storch & Gaston 2004 Häufigkeitsverteilung der Anzahl besetzter Gebiete von Vogelarten in der Tschechischen Republik (C) und Mitteleuropa (D).

13 Muster in der Häufigkeitsverteilung von Arteneigenschaften III) Räumliche Variation der Abundanz Aus Storch & Gaston 2004 Häufigkeitsverteilung der lokalen Dichte der Dorngrasmücke (Sylvia communis) in der Tschechischen Republik.

14 Muster in der Häufigkeitsverteilung von Arteneigenschaften IV) Arten-Körpermasse-Verteilung Aus Storch & Gaston 2004 Häufigkeitsverteilung der Körpermasse von Vogelarten in der Tschechischen Republik.

15 Zusammenhänge zwischen Arteneigenschaften I) Abundanz - Verbreitungsgebiet Aus Storch & Gaston 2004 Zusammenhang zwischen lokaler Abundanz und Größe des Verbreitungsgebietes für Vogelarten in der Tschechischen Republik.

16 II) Abundanz - Körpermasse Zusammenhänge zwischen Arteneigenschaften Aus Storch & Gaston 2004 Zusammenhang zwischen Körpermasse und Abundanz für Vogelarten in der Tschechischen Republik.

17 Zusammenhänge zwischen Arteneigenschaften III) Verbreitungsgebiet Breitengrad ( Rapoport-Regel ) Aus Storch & Gaston 2004 Zusammenhang zwischen Größe des Verbreitungsgebietes und dem Breitengrad für Vogelarten der Neuen Welt.

18 Zusammenhänge zwischen Arteneigenschaften IV) Körpermasse Breitengrad ( Bergmann-Regel ) Aus Storch & Gaston 2004 Zusammenhang zwischen der mittleren Körpermasse und dem Breitengrad für Vogelarten Großbritanniens.

19 I) Arten-Areal-Beziehung Muster in der Artenvielfalt Arten-Areal-Beziehung für Vogelarten der Bismarck Inseln. Aus Storch & Gaston 2004

20 Muster in der Artenvielfalt II) lokale Artenzahl regionale Artenzahl Aus Gaston & Spicer 2004 Beziehung zwischen lokaler und regionaler Artenvielfalt: a) Mangroven; b) Fische in Nordamerika; c) Schlangen in Südamerika; d) Vögel in der Karibik.

21 III) Arten-Energie-Beziehung Muster in der Artenvielfalt Aus Storch & Gaston 2004 Arten-Energie-Beziehung für Sommermitteltemperaturen und Vielfalt der Vogelfauna Großbritanniens (10 x 10 km Zellen).

22 Muster in der Artenvielfalt IV) Artenzahl-Breitengrad-Beziehung Aus Storch & Gaston 2004 Latitudinaler Gradient der Artenzahl für die Vogelfauna der Neuen Welt.

23 Weitere makroökologische Muster Körpermasse Verbreitungsgebiet Anzahl der Nachkommen / Populationsdichte Breitengrad Artenzahl Höhenlage / Temperatur / Umweltvariabilität

24 Grundlegende Faktoren Verfügbare Energie Abundanz-Körpermasse- Beziehung Aussterbewahrscheinlichkeit Arten-Körpermasse- Verteilung, Arten-Energie-Beziehung, Artenzahl- Breitengrad-Beziehung klimatische Variabilität Körpermasse-Breitengrad- Beziehung ( Bergmann-Regel ), Verbreitungsgebiet- Breitengrad-Beziehung ( Rapoport-Regel ) positive Rückkopplung in der Populationsdynamik Abundanz-Verbreitungsgebiet-Beziehung Lebensraumansprüche und Habitatheterogenität Abundanz-Verbreitungsgebiet-Beziehung, Arten-Areal- Beziehung

25 Methoden 1. Beobachtungen Beziehung zwischen Populationsdichte und Körpermasse (log-skala) für nordamerikanische Vogelarten. Aus Blackburn 2004

26 Methoden 2. Natürliche Experimente und Experimente in der Natur natural snapshot experiments (NSEs) natural trajectory experiments (NTEs) 3. Manipulative Experimente

27 Methoden Nullhypothese: aufgrund fehlender Kontrollen müssen Beobachtungen und natürliche Experimente anhand einer Nullhypothese geprüft werden z.b. Arten-Areal-Beziehung Nullmodell Multivariate Statistik Ordinationsverfahren

28 Phylogenetische Autokorrelation Methoden Beziehung zwischen Populationsgröße und Körpermasse für die Vogelfauna Großbritanniens. Aus Blackburn 2004 Räumliche Autokorrelation

29 Methoden Phylogenetically independent contrast (PIC) Der obere Kasten zeigt für vier Arten die Werte von zwei gemessenen Eigenschaften (X, Y). Knotenpunkte auf höherer Ebene errechnen sich aus dem Mittelwert der Knotenpunkte der tieferen Ebene. Die Arten A und B trennten sich am Knotenpunkt der nächsten Ebene, die Unterscheide zwischen diesen Arten (d1) haben sich erst seit der Trennung entwickelt. In gleicher Weise errechnen sich die Unterschiede zwischen den Arten C und D (d2) sowie zwischen den Knotenpunkten der höheren Ebene (d3). Die Ergebnisse dieses Vergleichs zeigen, ob die evolutionären Änderungen der Werte X und Y korreliert sind. Aus Blackburn 2004

30 Literatur & Arbeitskreis Literatur: Brown, J.H.,1995. Macroecology. University of Chicago Press, Chicago. Gaston, K.J., Blackburn, T.M.,2000. Pattern and process in Macroecology. Blackwell Science, Malden. Blackburn, T.M., Gaston, K.J. (Hrsg.), Macroecology: concepts and consequences. Blackwell Science, Malden. Global Ecology and Biogeography: a journal of macroecology. Blackwell Publishing. Zeitschriften: Global Ecology and Biogeography Ecography GfÖ-Arbeitskreis Makroökologie: Symposien auf den GfÖ-Jahrestagungen jährliche Tagungen Workshops zu Methoden