Die Ökologie beschäftigt sich mit den Wechselwirkungen zwischen abiotischen und biotischen Faktoren.

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1 6. Ökologie Die Ökologie beschäftigt sich mit den Wechselwirkungen zwischen abiotischen und biotischen Faktoren. biotische Faktoren Fressfeinde Nahrung (Pflanzen) Artgenossen (Vermehrung) Konkurrenten abiotische Faktoren Wasserverfügbarkeit Temperatur Bodenbeschaffenheit Sonne/Licht Wichtige Begriffe Biotop = Gesamtheit der abiotischen Faktoren in einem (abgeschlossenen) Lebensraum Biozönose = Gesamtheit der biotischen Faktoren in einem (abgeschlossenen) Lebensraum Ökosystem = Summe aus Biotop und Biozönose Population = Summe aller Individuen einer einzigen Art in einem Ökosystem Biosphäre = Summe aller Ökosysteme in einem komplett abgeschlossenen System (meist die Erdatmosphäre)

2 6.1 Populationsdynamik Exponentielles Wachstum Zeit > Theoretische Erwartung bei unbegrenzten Ressourcen > Wachstumsrate (r) ist konstant > Das Populationswachstum ist abhängig von der Wachstumsrate sowie der Anfangspopulation N 0 Logistisches Wachstum Populationsdichte Populationsdichte 1 2 Umweltkapazität K 3 4 Zeit Phasen 1 Anlaufphase (lag Phase) 2 Exponentielle Phase (log Phase) 3 stationäre Phase (4 Absterbephase) > Wird erwartet, wenn die Populationsdichte durch einen konstanten Faktor (Umweltkapazität K) beschränkt wird. > Populationswachstum ist abhängig von N, r und K! > lag Phase und Absterbephase sind typisch für Bakterienkulturen > lag Phase durch Stoffwechselanpassung an den neuen Lebensraum. > Absterbephase nach Aufbrauchen der verfügbaren, begrenzten (Nahrungs ) Ressourcen. In natürlichen Ökosystemen sind die Nahrungsressourcen meist (annäherungsweise) unbegrenzt oder wachsen nach. Die Wachstumsrate Die Ursache für jegliches Populationswachstum ist grundsätzlich das Zusammenspiel von Geburtenrate und Sterberate. Es lässt sich in einem Regelkreis darstellen: Dabei ist recht schnell klar, dass die Wachstumsrate r der Population direkt mit Geburten und Sterberate zusammenhängt: r = Geburtenrate Sterberate

3 6.2 Einfluss von Umweltfaktoren auf die Populationsdichte Umweltfaktoren beeinflussen in vielerlei Hinsicht das Wachstum von Populationen. Neben der Einteilung in biotische und abiotische Faktoren lassen sie sich auch in Faktoren unterteilen, deren Einfluss von der Populationsdichte abhängt und in solche, die dichteunabhängig sind. dichteabhängige Faktoren Nahrungsverfügbarkeit Lebensraum Fressfeinde ansteckende Krankheiten dichteunabhängige Faktoren Klima nicht ansteckende Krankheiten

4 Konkurrenz Wenn Lebewesen dieselben begrenzten Ressourcen nutzen und sich dadurch beeinträchtigen spricht man in der Ökologie von Konkurrenz. Beispiele für begrenzte Ressourcen sind bspw. Nahrung, Wasser und Lebensraum. Dabei kann man zwischen Konkurrenten einer Art (=intraspezifische Konkurrenz ) und Konkurrenten verschiedener Arten (=interspezifische Konkurrenz ) unterscheiden. AUSSCHLUSS identischen Nahrung Lebensraum Klima nicht überleben verdrängt Umstände vermeidung zwei selbe Strategien zur Konkurrenzvermeidung innerhalb einer Art > Abgrenzung von Revieren schafft für die Fortpflanzung einen konkurrenzarmen Raum > Große Unterschiede zwischen Jugend und Altersform erlauben einer Art die Nutzung unterschiedlicher Ressourcen: Raupe und Schmetterling, Kaulquappe und Frosch > Die Verschiedenheit zwischen Geschlechtern (Sexualdimorphismus ): Stechmückenmännchen saugen Nektar, die Weibchen Blut (vlg. auch Ernährung von Habichtmännchen und Weibchen)

5 Räuber Beute Beziehungen (Lotka Volterra Regeln) Die wechselseitige Beeinflussung in Räuber Beute Systemen zeigt in vielen Fällen eine besondere Systematik. Die über 50 Jahre erstellte Statistik der angelieferten Schneeschuhhasen und Luchsfelle bei der kanadischen Hudson Bay Company erlaubt Rückschlüsse auf proportionale Populationsdichten dieser Räuber und Beutepopulationen in der freien Wildbahn! Diese Kurven lassen sich vor dem Hintergrund der funktionalen Wechselwirkung der Räuber und Beutepopulationen interpretieren: Diese systematischen Schwankungen der beiden Populationsdichten treten in vielen Räuber Beute Systemen auf und erlauben daher die Formulierung von entsprechenden Regeln (entwickelt von LOTKA und VOLTERRA): 1. Regel: Die Populationsdichten von Räubern und Beutetieren schwanken periodisch. Dabei folgen die Maxima und Minima der Räuber Dichte denen der Beute Dichte (= Phasenverschiebung)! 2. Regel: Langfristig bleiben die Mittelwerte (= mittlere Dichte) der Räuber und Beutepopulationen konstant! Die erste und zweite LOTKA VOLTERRA Regel treffen in der Natur jedoch nur eingeschränkt zu. Zwei der wichtigsten Einschränkungen sind: a) Die Vernetzung mit weiteren Räuber Beute Systemen (in der Natur der Regelfall) beeinflusst das System! b) Weitere Umwelteinflüsse (z.b. Umweltkatastrophen, Krankheiten, Klimawandel, menschlicher Einfluss) stören das System zusätzlich. Wie beeinflussen äußere Faktoren ein Räuber Beute System? Empfindet der Mensch einen Organismus als Schädling, so greift er oft drastisch in dessen Populationsentwicklung ein, z.b. durch den Einsatz von Pestiziden. So schaden Blattläuse z.b. Rosenzüchtern, die deshalb entsprechende Gifte einsetzen. Der natürliche Feind der Blattlaus (Beute) ist aber der Marienkäfer (Räuber). Die starke Dezimierung einer Blattlauspopulation durch Gifte beeinflusst also auch massiv die in Wechselwirkung stehende Marienkäfer Population. 3. Regel: Nach einer starken Dezimierung der Räuber und Beute Populationsdichte (z.b. durch Umweltkatastrophen, Epidemien, menschlichen Einfluss u.ä.), erholt sich die Beutepopulation zunächst deutlich schneller und stärker. (Gründe: Für die Beute fällt der Fressfeind weg, während die Nahrungsverfügbarkeit (pro Individuum) stark gestiegen ist. Der Räuber hat eine stark gesunkene Nahrungsverfügbarkeit durch die geringere Beutedichte)

6 6.3 Fortpflanzungsstrategien Grundsätzlich teilen Ökologen Lebewesen oft nach ihrer Fortpflanzungsstrategie in Kategorien ein. Zwei der häufigsten sind die r und K Strategien. r Strategen hohe Nachkommenzahl K Strategen niedrige Nachkommenzahl kurze Lebensdauer niedriger Energieaufwand pro Nachkomme (kleine Eier, keine Brutpflege) > hohe Wachstumsrate, fluktuierende Populationsdichte an oder knapp unter der Umweltkapazität lange Lebensdauer hoher Energieaufwand pro Nachkomme (lange Tragezeit, große Eier, Brutpflege) > niedrige Wachstumsrate, nahezu konstante Populationsdichte direkt an der Umweltkapazität => r entscheidend => K entscheidend Beachte: r und K Strategien sind Extremfälle, die meisten Lebewesen liegen dazwischen Aufgrund ihrer Eigenschaften sind r Strategen häufig in fluktuierenden Lebensräumen (Gezeitentümpel die austrocknen, Wiesen die gemäht werden etc.) anzutreffen währen K Strategen typisch für konstante Lebensräume sind. Beispiele: r Strategen: Frösche, Heuschrecken, Gräser, Löwenzahn K Strategen: Elefanten, Laubbäume, Menschen