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1 Teil 1 Einführung 1 Ökologie - wie macht man das? Einleitung Ebenen, Vielfalt und Exaktheit Die Frage der Ebene Die Vielfalt ökologischer Beweisführung Statistik und wissenschaftliche Exaktheit Ökologie in der Praxis Die Europäische Forelle in Neuseeland - Einflüsse auf Individuen, Populationen, Lebensgemeinschaften und Ökosysteme Sukzessionen auf aufgelassenen Äckern in Minnesota - eine Studie über Zeit und Raum Hubbard Brook - ein langfristiges Engagement von hochgradiger Bedeutung Eine Untersuchung mithilfe mathematischer Modelle: um herauszufinden, warum Asiatische Geier auf ihr Aussterben zusteuerten 35 Kontrollfragen 41 2 Der evolutionäre Hintergrund der Ökologie Einleitung Evolution durch natürliche Selektion Evolution innerhalb von Arten Geographische Variationen innerhalb einer Art Variation innerhalb einer Art durch anthropogen erzeugten Selektionsdruck Evolution und Koevolution Die Ökologie der Artbildung Was verstehen wir unter einer Art"? Inseln und Artbildung Die Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die Evolution und Verbreitung von Arten 69 Bibliografische Informationen digitalisiert durch

2 X" Inhalt 2.6 Die Auswirkungen der Kontinentaldrift auf die Ökologie der Evolution Die Interpretation der Ergebnisse von Evolution: Konvergenzen und Parallelen 75 Kontrollfragen 79 Teil 2 Umweltfaktoren und Ressourcen 3 Abiotische Umweltbedingungen und die Verfügbarkeit von Ressourcen Einleitung Umweltbedingungen Was meinen wir mit rau", günstig" und extrem"? Auswirkungen von Umweltbedingungen Umweltbedingungen als Stimuli Auswirkungen von Umweltbedingungen auf Wechselwirkungen zwischen Lebewesen Reaktionen sesshafter Organismen Reaktionen von Tieren auf die Umgebungstemperatur Mikroorganismen in extremen Lebensräumen Ressourcen der Pflanzen Sonneneinstrahlung Wasser Mineralische Nährstoffe Kohlenstoffdioxid Tiere und ihre Ressourcen Bedarf und Bereitstellung von Nahrung Abwehr Auswirkungen intraspezifischer Konkurrenz um Ressourcen Umweltbedingungen, Ressourcen und ökologische Nische 127 Kontrollfragen Umweltbedingungen, Ressourcen und die Lebensgemeinschaften der Erde Einleitung Großräumige und kleinräumige geografische Muster Großräumige Klimamuster Kleinräumige Muster von Umweltbedingungen und Ressourcen Muster von Umweltbedingungen und Ressourcen in aquatischen Lebensräumen Zeitliche Muster in Umweltbedingungen und Ressourcenverfügbarkeit Terrestrische Biome Beschreibung und Einteilung der Biome Tropischer Regenwald Savanne 151

3 Inhalt XIII Grasland der gemäßigten Breiten Wüste Wälder der gemäßigten Breiten Borealer Nadelwald (Taiga) und sein Übergang zur Tundra Die zukünftige Verbreitung der Biome Aquatische Lebensräume Ökologie von Wasserläufen Ökologie der Seen Ozeane Küsten Mündungsbereiche (Ästuare) 168 Kontrollfragen 170 Teil 3 Individuen, Populationen, Gemeinschaften und Ökosysteme 5 Geburt, Tod und Wanderbewegungen Einleitung Was ist ein Individuum? Das Zählen von Individuen, Geburten und Todesfällen Lebenszyklen Lebenszyklen und Fortpflanzung Annuelle Lebenszyklen Längere Lebenszyklen Quantifizierung von Geburt und Tod: Lebenstafeln und Fruchtbarkeitstabellen Kohortenlebenstafeln Lebenstafeln für Populationen mit überlappenden Generationen Eine Klassifikation von Überlebenskurven Dispersion und Wanderbewegungen Die Dispersion bestimmt die Abundanz Die Rolle von Wanderbewegungen Die Wirkung von intraspezifischer Konkurrenz auf Populationen Muster des Populationswachstums Life-History-Strategien 207 Kontrollfragen Interspezifische Konkurrenz Einleitung Ökologische Auswirkungen interspezifischer Konkurrenz Konkurrenz zwischen Diatomeen um Silikat Koexistenz und Ausschluss bei konkurrierenden Lachsfischen Einige generell zu beobachtende Phänomene Koexistenz konkurrierender Diatomeen Koexistenz konkurrierender Vogelarten Koexistenz konkurrierender Nager und Ameisen 222

4 XIV Inhalt Das Konkurrenzausschlussprinzip Heterogenität der Umwelt Evolutionäre Auswirkungen interspezifischer Konkurrenz Merkmalsverschiebung und Konkurrenzentlastung beim Indischen Mungo Merkmalsverschiebung bei Kanadischen Stichlingen Evolution in Aktion: Nischendifferenzierte Bakterien Interspezifische Konkurrenz und die Struktur von Lebensgemeinschaften Limitierende Ressourcen und die Regulation der Diversität in Phytoplankton-Lebensgemeinschaften Nischenkomplementarität bei Anemonenfischen in Papua Neu-Guinea Arten, die durch Raum oder Zeit getrennt sind Räumliche Abgrenzung bei Bäumen und Mycorrhizapilzen Zeitliche Abgrenzung bei Fangschrecken und Pflanzen der Tundra Wie bedeutsam ist interspezifische Konkurrenz tatsächlich? Die Häufigkeit gegenwärtig stattfindender Konkurrenz Konkurrenz oder reiner Zufall? 249 Kontrollfragen ; Prädation, Beweidung und Krankheiten Einleitung Fitness und Abundanz der Beute Die Feinheiten der Prädation Interaktionen mit anderen Faktoren Das Beuteindividuum: Kompensation und Verteidigung Vom Beuteindividuum zur Beutepopulationen Verhalten von Prädatoren - Suchverhalten und Übertragung Suchverhalten Die Populationsdynamik der Prädation Die grundlegende Dynamik im Räuber-Beute-Verhältnis: eine Tendenz zum Kreislauf Räuber-Beute-Kreisläufe in der Praxis Zyklen und Dynamik von Krankheiten Übervölkerung Räuber und Beute in Patches Prädation und Struktur von Lebensgemeinschaften 290 Kontrollfragen Evolutionsökologie Einleitung Molekulare Ökologie: Differenzierung innerhalb von Arten und zwischen Arten Unterschiede innerhalb einer Art Unterschiede zwischen Arten 307

5 Inhalt XV 8.3 Koevolutionäres Wettrüsten Koevolution Wettrüsten zwischen Pflanzen und Insekten Wettrüsten zwischen Parasiten und ihren Wirten Mutualistische Interaktionen Mutualistische Leibwächter Haltung von Nutztieren und Nutzpflanzen Die Verbreitung von Samen und Pollen Mutualistische Darmbewohner Mykorrhizen Stickstofffixierung durch Mutualisten 327 Kontrollfragen Von Populationen zu Artengemeinschaften Einleitung Vielfältige Einflussfaktoren auf die Dynamik von Populationen Fluktuation oder Stabilität Determination und Regulation der Abundanz Schlüsselfaktorenanalyse Ausbreitung, Patches und Metapopulationsdynamik Zeitliche Muster in der Zusammensetzung von Lebensgemeinschaften Gründer-kontrollierte und Dominanz-kontrollierte Lebensgemeinschaften Sukzession von Lebensgemeinschaften Nahrungsnetze Indirekte und direkte Effekte Stabilität von Lebensgemeinschaften und die Struktur von Nahrungsnetzen 371 Kontrollfragen Muster des Artenreichtums Einleitung Ein einfaches Modell des Artenreichtums Räumlich variierende Faktoren und ihr Einfluss auf den Artenreichtum Produktivität und der Reichtum an Ressourcen Prädationsintensität Räumliche Heterogenität Extreme Lebensbedingungen Zeitlich variierende Faktoren und ihr Einfluss auf den Artenreichtum Klimavariationen Störung Alter des Lebensraums: evolutionsgeschichtliche Zeiträume Gradienten des Artenreichtums Areal und Abgelegenheit des Habitats - Biogeografie von Inseln.. 403

6 XVI Inhalt Gradienten über die Breitengrade Gradienten über Höhe und Tiefe Gradienten im Verlauf der Sukzession von Lebensgemeinschaften Muster des Reichtums an Taxa in Fossilfunden Bewertung der Muster im Artenreichtum 417 Kontrollfragen 422 Teil 4 Angewandte Aspekte in der Ökologie 11 Energie-und Stoffflüsse durch Ökosysteme Einleitung Primärproduktivität Geografische Muster der Primärproduktivität Limitierende Faktoren für die Primärproduktivität Verwertung der Primärproduktivität Beziehung zwischen Primär-und Sekundärproduktivität Die grundlegende Bedeutung der Effizienz des Energietransfers Die relative Bedeutung des Konsumenten-und Zersetzersystems Zersetzungsprozesse Die Mineralisierer: Bakterien und Pilze Detritivoren und spezialisierte Mikrobivoren Konsumption von pflanzlichem Detritus Konsumption von Fäzes und Aas Stoffflüsse durch Ökosysteme Nährstoffbilanz terrestrischer Ökosysteme Nährstoffbilanz in aquatischen Lebensgemeinschaften Globale biogeochemische Kreisläufe Der hydrologische Kreislauf Der Phosphorkreislauf Der Stickstoffkreislauf Der Schwefelkreislauf Der Kohlenstoffkreislauf Einflussnahme der Menschen auf biogeochemische Kreisläufe Kontrollfragen Nachhaltigkeit Einleitung Das Bevölkerungsproblem" Einleitung Das Bevölkerungswachstum bis heute Vorhersagen Zwei unvermeidbare Entwicklungen Wie groß ist die globale Umweltkapazität? Die Nutzung natürlich vorkommender, lebender Ressourcen Fischerei - maximaler Dauerertrag 475

7 Inhalt XVII Maximaler Dauerertrag durch feste Quoten Maximaler Dauerertrag durch gleichbleibenden Aufwand Jenseits des maximalen Dauerertrages Der Anbau von Monokulturen Degradation und Erosion des Bodens Die Nachhaltigkeit von Wasser als Ressource Schädlingsbekämpfung Ziele der Schädlingsbekämpfung: ökonomische Schadensschwelle und Bekämpfungsschwelle Die Probleme mit chemischen Pestiziden - und ihre Vorzüge Biologische Schädlingsbekämpfung Integrierte Anbausysteme Die Vorhersage landwirtschaftlich verursachter globaler Umweltveränderungen 499 Kontrollfragen Umweltschäden Einleitung Physische und chemische Auswirkungen menschlicher Aktivitäten Ökonomische Kosten menschlicher Einflussnahme: der Verlust von Ökosystem-Dienstleistungen" Schäden durch Landwirtschaft Intensivtierhaltung Intensiver Ackerbau Der Umgang mit Eutrophierung Belastung durch Pestizide Physische Umweltschäden durch landwirtschaftliche Nutzung Energiegewinnung und ihre Auswirkungen Fossile Brennstoffe und Luftverschmutzung Kernkraft Windkraft Schäden in Städten und Industrieregionen Entsorgung von Ausscheidungen Fluorchlorkohlenwasserstoffe und die Abnahme der Ozonschicht Bergbau Erhaltung und Wiederherstellung von Ökosystem- Dienstleistungen Bewirtschaftung einer Agrarlandschaft Ergebnisse verschiedener sozialpolitischer Szenarien für die Umwelt auf globaler Ebene 537 Kontrollfragen Naturschutz Einführung Bedrohungen der Biodiversität Übernutzung 548

8 XVIII Inhalt Habitatzerstörung Eingeführte Arten Demographische Risiken kleiner Populationen Mögliche genetische Probleme in kleinen Populationen Welche Risiken gibt es? Angewandter Naturschutz Die Analyse der Überlebensfähigkeit von Populationen Der Umgang mit genetischen Problemen Die Auswahl von Schutzgebieten Naturschutz in einer Welt des Wandels Schlusswort 572 Kontrollfragen 575 Literatur 577 Personen- und Sachwortverzeichnis 599