Populationsökologie

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Populationsökologie

Populationswachstum
Regulierung der Populationsdichte
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Mai 2010
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Populationswachstum
Inhalt
Populationswachstum
Unbegrenztes Populationswachstum
Begrenztes Populationswachstum
Regulierung durch innerartliche Beziehungen
Regulierung durch zwischenartliche Beziehungen
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Populationswachstum
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Populationswachstum
Viele einzellige Lebewesen (Bakterien, Protozoen, Hefen,
Algen) vermehren sich durch Zweiteilung:
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Populationswachstum
I bei jeder Generation findet eine Verdopplung statt
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Populationswachstum
I nach n Teilungen entstehen 2n Individuen
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Populationswachstum
I die graphische Darstellung ergibt eine Exponentialfunktion
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Populationswachstum
I die graphische Darstellung ergibt eine Exponentialfunktion
I günstige Umweltbedingungen führen auch bei anderen
Organismen zu exponentiellem Wachstum
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Populationswachstum
Aus der Gleichung
∆N
= r ·n
∆t
\\//_
Populationswachstum
Aus der Gleichung
∆N
= r ·n
∆t
kann die Exponentialfunktion
für unbegrenztes Wachstum
abgeleitet werden:
Nt = N0 · e r ·t
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Populationswachstum
Aus der Gleichung
∆N
= r ·n
∆t
abgeleitet werden:
Nt = N0 · e r ·t
Mit N0 = 10 und r = 0, 5 bzw.
r = 1 ergeben sich daraus
folgende Kurven:
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Populationswachstum
Aus der Gleichung
N
r=1
1500
r = 0,5
∆N
= r ·n
∆t
abgeleitet werden:
Nt = N0 · e r ·t
Mit N0 = 10 und r = 0, 5 bzw.
r = 1 ergeben sich daraus
folgende Kurven:
1000
500
0
2
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4
6
8
10
t
Populationswachstum
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Populationswachstum
Unter natürlichen Bedingungen ist das Wachstum begrenzt, da
hemmende Faktoren auftreten. Man unterscheidet:
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Populationswachstum
I dichteunabhängige Faktoren:
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Populationswachstum
I
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Klimafaktoren wie Licht, Temperatur, Feuchtigkeit, . . .
Populationswachstum
I
I
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Nahrungsqualität
Populationswachstum
I
I
I
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Nahrungsqualität
nicht spezifische Feinde (Räuber, die andere Beute
bevorzugen)
Populationswachstum
I
I
I
I
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Nahrungsqualität
bevorzugen)
nicht ansteckende Krankheiten
Populationswachstum
I
I
I
I
I
Nahrungsqualität
bevorzugen)
dichteabhängige Faktoren:
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Populationswachstum
I
I
I
I
I
Nahrungsqualität
bevorzugen)
I
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intraspezifische Konkurrenz um Nahrung, Raum,
Sexualpartner, . . .
Populationswachstum
I
I
I
I
I
Nahrungsqualität
bevorzugen)
I
I
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artspezifische Feinde wie Räuber und Parasiten
Populationswachstum
I
I
I
I
I
Nahrungsqualität
bevorzugen)
I
I
I
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artspezifische Feinde wie Räuber und Parasiten
ansteckende Krankheiten
Populationswachstum
Die Regulierung der Populationsdichte durch die dichteabhängigen Faktoren kann mit einem Kausalkreisschema
beschrieben werden:
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Populationswachstum
beschrieben werden:
−
Nahrungsangebot
+
−
Anzahl der
Freßfeinde
Populationsdichte
+
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+
−
: je mehr, desto mehr / je weniger, desto weniger
: je mehr, desto weniger / je weniger, desto mehr
Populationswachstum
beschrieben werden:
−
Nahrungsangebot
+
Anzahl der
Freßfeinde
Populationsdichte
+
+
−
−
: je mehr, desto mehr / je weniger, desto weniger
: je mehr, desto weniger / je weniger, desto mehr
Diese Art der Beeinflussung heißt negative Rückkopplung.
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Populationswachstum
Daraus ergibt sich eine logistische (sigmoide) Kurve:
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Populationswachstum
Daraus ergibt sich eine logistische (sigmoide) Kurve:
Biotop-Kapazität K
N
K−N
(Anzahl der freien
Biotopplätze)
Wendepunkt
N
Zuwachsrate
t
Maximum der Zuwachsrate
t
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Populationswachstum
Resultat des begrenzten Wachstums:
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Populationswachstum
I das Populationswachstum ist Null
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Populationswachstum
I die Folge ist eine konstante Populationsdichte (gleiche
Geburten- und Sterberate)
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Populationswachstum
I die Folge ist eine konstante Populationsdichte (gleiche
Geburten- und Sterberate)
I die Wachstumsgrenze (Biotopkapazität K ; maximale
Bevölkerungsdichte im Biotop) wird durch die Summe
aller dichteabhängigen Faktoren im Biotop bestimmt
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Populationswachstum
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Populationswachstum
In Abhängigkeit von der Fortpflanzungsstrategie entwickeln
sich unterschiedliche Arten von Populationen:
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Populationswachstum
I r-Strategen
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Populationswachstum
I r-Strategen
I
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gekennzeichnet durch kurze Lebensdauer, hohe
Geburtenrate, . . .
Populationswachstum
I r-Strategen
I
I
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Geburtenrate, . . .
besiedeln schnell neue Lebensräume (ß Sukzession)
Populationswachstum
I r-Strategen
I
I
I
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Geburtenrate, . . .
überschreiten nach explosionsartiger Vermehrung die
Biotopkapazität (Überbevölkerung), was durch
dichteabhängige Faktoren zum Zusammenbruch der
Population führt
Populationswachstum
I r-Strategen
I
I
I
I
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Geburtenrate, . . .
überschreiten nach explosionsartiger Vermehrung die
Biotopkapazität (Überbevölkerung), was durch
dichteabhängige Faktoren zum Zusammenbruch der
Population führt
à Ausbildung einer labilen Population
Populationswachstum
I
K-Strategen
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Populationswachstum
I
K-Strategen
I
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gekennzeichnet durch lange Lebensdauer, geringe
Nachkommenzahl, Brutpflegeverhalten, relativ lange
Jugendphase und ausgeprägtes Sozialverhalten
(Rangordnung, Territorialverhalten, . . . )
Populationswachstum
I
K-Strategen
I
I
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nutzen vor allem wenig veränderliche Ökosysteme
(ß Klimaxstadien)
Populationswachstum
I
K-Strategen
I
I
I
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(ß Klimaxstadien)
erreichen nach kurzen Schwankungen die Biotopkapazität
ß optimale Nutzung der Biotopressourcen
Populationswachstum
I
K-Strategen
I
I
I
I
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(ß Klimaxstadien)
erreichen nach kurzen Schwankungen die Biotopkapazität
ß optimale Nutzung der Biotopressourcen
à Ausbildung einer stabilen Population
Populationswachstum
labile Population
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Populationswachstum
labile Population
N
Schwankungsspielraum
t
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Populationswachstum
labile Population
stabile Population
N
t
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Populationswachstum
labile Population
stabile Population
N
N
K
t
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t
Populationswachstum
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Populationswachstum
Populationen sind in der Natur nie isoliert sondern stehen mit
artfremden Populationen in Wechselbeziehungen:
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Populationswachstum
I Nahrungsbeziehungen (Räuber-Beute-Beziehungen)
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Populationswachstum
I zwischenartliche Konkurrenz (z. B. um gleichartige
Nahrung)
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Populationswachstum
Nahrung)
I verfügbare Symbiosepartner
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Populationswachstum
Nahrung)
I Parasiten
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Populationswachstum
Nahrung)
I Parasiten
I ...
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Populationswachstum
Beispiel: Räuber-Beute-Beziehungen
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Populationswachstum
Räuber- und Beutepopulation stehen in einer Kausalbeziehung:
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Populationswachstum
+
Populationsdichte der
Beute-Art
Räuber-Art
−
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+
: je mehr, desto mehr /
je weniger, desto weniger
−
: je mehr, desto weniger /
je weniger, desto mehr
Populationswachstum
+
Beute-Art
Räuber-Art
+
: je mehr, desto mehr /
je weniger, desto weniger
−
: je mehr, desto weniger /
je weniger, desto mehr
−
Solche exclusiven Beziehungen zwischen einer Räuber- und einer Beutepopulation sind in der Realität eher selten. Geeignete Beispiele
findet man bei relativ isolierten Ökosystemen (Inseln) oder bei klimatisch extremen artarmen Ökosystemen (z. B. Arktis: Eisbären –
Robben).
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Populationswachstum
Unabhängig voneinander entwickelten Vito Volterra (italienischer Mathematiker und Physiker; 1860 – 1940) und Alfred
James Lotka (österreichisch-amerikanischer Chemiker; 1880 –
1949) um 1920 ein mathematisches Modell zur Populationsdynamik einer idealisierten Räuber-Beute-Beziehung.
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Populationswachstum
Unabhängig voneinander entwickelten Vito Volterra (italienischer Mathematiker und Physiker; 1860 – 1940) und Alfred
James Lotka (österreichisch-amerikanischer Chemiker; 1880 –
1949) um 1920 ein mathematisches Modell zur Populationsdynamik einer idealisierten Räuber-Beute-Beziehung.
Daraus ergeben sich drei Fluktuationsgesetze, die auch als
Lotka-Volterra-Gesetze oder Volterra-Gesetze bezeichnet werden.
Diese drei Gesetze oder Regeln gelten nur unter der Voraussetzung, dass zwischen den betrachteten beiden Arten eine exclusive Räuber-Beute-Beziehung besteht und die sonstigen Umweltfaktoren konstant oder in ihren Wirkungen zu vernachlässigen
sind.
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Populationswachstum
Volterra-Gesetze:
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Populationswachstum
Volterra-Gesetze:
1. Gesetz der periodischen Schwankungen:
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Populationswachstum
Volterra-Gesetze:
1. Gesetz der periodischen Schwankungen: Die
Populationsgrößen von Räuber und Beute schwanken
periodisch. Die Schwankungen der Räuberpopulation
folgen dabei phasenverzögert denen der Beutepopulation.
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Populationswachstum
Volterra-Gesetze:
2. Gesetz von der Konstanz der Mittelwerte:
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Populationswachstum
Volterra-Gesetze:
2. Gesetz von der Konstanz der Mittelwerte: Über
längere Zeiträume schwanken die Populationsgrößen
jeweils um einen Mittelwert.
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Populationswachstum
Volterra-Gesetze:
3. Gesetz von der Störung der Mittelwerte:
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Populationswachstum
Volterra-Gesetze:
3. Gesetz von der Störung der Mittelwerte: Werden
Räuber- und Beutepopulation gleichermaßen negativ
beeinflußt, so nimmt kurzfristig die Beutepopulation zu
und die Räuberpopulation ab.
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Populationswachstum
Daraus ergeben sich die bereits bekannten Kurvenverläufe:
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Populationswachstum
Daraus ergeben sich die bereits bekannten Kurvenverläufe:
N
Beutepopulation
Räuberpopulation
t
Beute
Räuber
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Beute
Räuber
Beute
Räuber
Beute
Räuber

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