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2 Populationsökologie bisher: Was ist eine Population? Schwerpunkte: 1. Populationsgrösse 2. Populationsdynamik 45.

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1 2 Populationsökologie bisher: Was ist eine Population? Schwerpunkte: 1. Populationsgrösse 2. Populationsdynamik 45

2 47 grosse Schwankungen Zyklen? niedrigere Populationsdichte sehr konstant unbegrenztes Wachstum?

3 48 ff unbegrenztes Wachstum möglich solange Ressourcen nicht begrenzt Beispiel: invasive Arten R = g – s individuelle Wachstumsrate

4 59 Dichteabhängigkeit erlaubt Regulation

5 Neu: Struktur, Altersstruktur einer Population Lebenszyklen Dichte und Populationsschwankungen Metapopulationen, Areal 62

6 2.3.4 Altersstruktur zentral für Populationsdynamik g, s aber: junge / alte Individuen: kein g mittelalte: kaum s bei längerlebigen Organismen ist Altersstruktur wichtig für Populationsdynamik jahrgangsweise Betrachtung Altersklassen, Lebenstafel 62

7 Kohorten: in einem Zeitraum geborene Individuen Spalte 1: Stadium 2: Nummerierung : Überlebende Individuen bis zu diesem Stadium a 1 = a 6 = : a 1 = 1 a 6 = 0.03 (3 %) Ei Imago (Überlebenskurve) 63

8 Überlebenskurven 65

9 Spalte 5: Anteil der Individuen, die pro Entwicklungs- stadium sterben (d x = l x – l x +1) Σ d x = 1 6: altersspezifische Mortalitätsrate d x / l x = q x 7: log. Mass für stadienspezifische Mortalität 8: Nachwuchs 9: Nachwuchs pro Imago 10: Vermehrungs- oder Reproduktionsrate der Population von Generation zu Generation 65

10 Verschiedene Typen von Überlebenskurven 68

11 Populationsaufbau kann sehr komplex sein: Mensch 64

12 Altersaufbau Bevölkerung Schweiz ?

13 2.4 Evolution von Lebenszyklen Lebenstafel = Info eines Lebenszyklus, den ein Individuum durchläuft extremes Beispiel: –iteropare Arten reproduzieren mehrmals im Leben –semelpare Arten 1x, meist am Ende des Lebens (viele Pflanzen, Lachse, viele Wirbellose) 71

14 … evolutive Prozesse es gibt eine Fülle von Lebenszyklen –kurz-, langlebig –diverse Vermehrungsstrategien oft trade-offs –somatisches oder generatives Wachstum –Reproduktion oder geringe Mortalität 71

15 97 73

16 In unterschiedlichen Umwelten verschiedene Lösungen 74

17 Körpergrösse ~ Generationszeit Körpergrösse ~ Jugendentwicklung Körpergrösse ~ Lebensdauer Körpergrösse ~ Bauplan / Physiologie Körpergrösse negativ ~ max. ind. Wachstumsrate Merkmalssyndrom 75

18 Merkmalssyndrom: r- und K-Selektion Generalist / Opportunist vs. Spezialist Kontinuum Pianka (1970) 76

19 Lebensformen nach Raunkiaer

20 2.5 Dichteregulation und Populations- schwankungen Intraspezifische Konkurrenz Bisher R = individuelle Wachstumsrate Ressourcen konstant Steigende Populationsgrösse: –Intraspezifische Konkurrenz steigt –Sterblichkeit steigt (z.B. Unterernährung) –Geburtenrate sinkt Zwei Typen von intraspezifischer Konkurrenz 75

21 1. Ausbeutungskonkurrenz (scramble competition) –Zebra-Effekt –keine direkte Interaktion –alle leiden gemeinsam (längere Wege, schlechtere Ernährung, höhere Mortalität, geringe Reproduktion) –festsitzende Organismen bei Raummangel: Self-thin- ning oder Kümmerwuchs (Biomasse konstant) 76

22 2. Konkurrenz durch gegenseitige Beeinträchtigung (interference competition) –aktive Verteidigung von Ressourcen –Territorien –höhere Mortalität ohne Territorien 77

23 2.5.2 Regulation und Limitierung Populationsdichte sinkt / steigt Stress Adrenalin verzögerte Geschlechtsreife weniger Nachwuchs Klassisches Beispiel für hormonabhängige Dichte- regulation von Vögeln und Kleinsäugern, z. B. Tupaias (Spitzhörnchen) 78

24

25 Populationen schwanken immer Gleichgewichtsbereich statt scharfe Linie je variabler Umwelt, desto variabler die Populationsgrösse je schwächer die Regulation, desto grösser die Schwankungen Regulation über grosse Zeiträume Populationsschwankungen 79

26 unvorhersagbare Umweltschwankungen Schwankungen der Populationsgrösse Umweltstochastizität reproduktive Schwankungen in sex ratio, Fertilität demographische Stochastizität können zum Aussterben kleiner Populationen führen wer reguliert? Stochastizität

27 83

28 2.5.5 Zyklen oder Chaos zur Analyse von Zyklen: Zeitreihenanalyse (Fourieranalyse) lange Zeitreihen nötig (selten vorhanden) Zeitverzögerung führt zu Zyklen 84

29 chaotisch (= Abhängigkeit der Dynamik von Anfangs- bedingungen) 85

30 Populationszyklen Beispiele Säuger: 10 Jahre (z. B. Luchs, Schneeschuhhase) Kleinsäuger: 3–4 Jahre (Lemminge) einige Forstschädlinge: 8–10 Jahre (Lärchentriebwickler) Gründe Sonnenflecken: Nahrung Räuber-Beute-Zyklen sek. Pflanzeninhaltsstoffe Krankheiten/Parasiten 84

31 Zeiraphera diniana Lärchentriebwickler (Tortricidae) Massenentwicklung an Lärchen im Engadin alle 8 – 10 Jahre Kahlfrass zudem mehr Parasitierung, Krankheiten, Viren verspätetes Austreiben der Knospen verminderte Nahrungsqualität (Harz und Rohfaser statt Protein) Populationszusammenbruch von Zeiraphera

32 Komplexe Situation, Adaptation, keine Insektizide 51

33 Systeme von Populationen bisherige Annahme: eine Population Ein- und Auswanderung ausgeschlossen in Realität: Organismen wandern erreichen gute und schlechte Lebensräume besiedeln immer wieder neue Bereiche und sterben auch kleinräumig aus

34 Zwei Typen von Lebensräumen source-Lebensräume –gute Lebensbedingungen –exponentielles Wachstum –Überschussproduktion –Auswanderung sink-Lebensräume –wenige guter Lebensraum –nicht genügend Reproduktion –von Einwanderung abhängig 87

35 source-sink-Dynamik dunkle Felder Populationswachstum 1.1 helle Felder 0.9 Migration von jedem Feld in jedes Population überlebt nur in zentralen Felder lokales Aussterben, Wiederbesiedlung rescue-Effekt, Populationsdynamik 88

36 Wandergeschwindigkeit / Anteil Migranten wichtig Nicht überall, wo eine Art vorkommt, kann sie auch Überleben. Für Populationserhalt sind source-Gebiet wichtig. Implikationen für Artschutz 88

37 2.6.2 Metapopulation Hanski & Simberloff (1997) 89

38 Zwei Metapopulationskonzepte a. mainland-island Modell b. klassisches Modell 91

39 mainland-island Modell Wald – Einzelbäume herbivores Insekt 92

40 Was sind Inseln? Gebüschinseln, Waldfragmente eine Buche in einem Eichenwald Felder in einer Agrarlandschaft Seen in der Landschaft stabile (dynamische) nicht starre Artenzahl Artenverlust, -gewinn (species turnover) pro Zeit abhängig von Grösse der Insel, Entfernung Isolationsgrad Arten-Areal-Beziehung 92

41 Inseltheorie und Metapopulation im Naturschutz Population nicht isoliert betrachten die berühmte Vernetzung Mindestgrösse eines Areals gehört eine Art in sink-Areale? zu kleine Naturschutzgebiete kontraproduktiv? Artenschutz an Arealgrenze?

42 2.6.3 Areal Fläche aller Populationen einer Art qualitativ heterogen Arealgrösse nimmt nach Norden zu (Rapoportsche Regel) nimmt mit Alter zu (Alters-Areal-Hypothese) nimmt mit Nischenbreite zu (Nischenbreite- Areal-Hypothese) 92


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