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

Was ist eine Population? Summe der Individuen einer Art in einem Siedlungsgebiet in Wechselwirkung miteinander z.B. Karpfen in einem Teich Löwenzahl in einer Wiesenlandschaft Eichenblattläuse in einem Eichenwald Menschen in einer Stadt intraspezifische Konkurrenz Genfluss 45

Populationen haben neue Eigenschaften: Populationsgrösse (Gesamtzahl im Siedlungsgebiet / Areal) Populationsdichte = Abundanz räumliche Verteilung Altersstruktur mehr als „Summe der Individuen“ emergente Eigenschaften 45

Erster Schwerpunkt: Populationsgrösse Ziel: von Zeitpunkt t die Populationsgrösse zum Zeitpunkt t + Δ t berechnen 4 wichtige Parameter jeweils auf Δ t bezogen - Geburten (Natalität) - Sterbefälle (Mortalität) - Zuwanderung (Immigration) - Abwanderung (Emigration) N (t + Δ t ) = N (t) + Geburten – Sterbefälle + Zuwanderung – Abwanderung fundamentale Gleichung für die Populationsgrösse 46

In natürlichen Populationen: unwahrscheinlich, dass N Geburten = N Sterbefälle oder N Zuwanderung = N Abwanderung Populationsgrösse verändert sich regelmässige Erfassung nötig Zeitreihe Zeitschritte 47

grosse Schwankungen niedrige Populationsdichte Zyklen? sehr konstant Dynamik einer Population unbegrenztes Wachstum? 47

Wie erfassen wir die Populationsdichte? Auszählen von Probeflächen - repräsentative Probeflächen im Gebiet - sinnvolle Wahl der Flächengrösse - homogene Struktur? - genügende Anzahl Probeflächen 2. Fang-Wiederfang-Methode 49

je 5 Stichproben / je 100 Individuen geklumpt Sozialverhalten Kolonien zufällig strukturierte Umwelt je 5 Stichproben / je 100 Individuen benötigte Probenzahl: wenige – eine - viele gleichmässig Territorialverhalten 49

Zweite Methode: Fang-Wiederfang-Methode (mobile oder kryptische Arten) Zeitpunkt t: M Individuen fangen, markieren, entlassen Zeitpunkt Δ t : W Individuen fangen, Wmark. bestimmen ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 10 % markiert alle wieder nur Hälfte gefunden wieder gefunden 50

10 fangen und markieren (M) ideale Vermischung vorausgesetzt Population mit 100 Tieren 10 fangen und markieren (M) ideale Vermischung vorausgesetzt weder Geburt noch Tod noch Migration Markierung behindert nicht und fällt nicht ab 10 Neufang (W), 1 markiert (Wmark) 10 x 10 / 1 = 100 50

weitere Möglichkeiten der Abschätzung der Populationsgrösse - Fallen für Kleinsäuger - Fanggefässe mit Fixierflüssigkeit für Arthropoden Aktivitätsdichte: nicht quantitativ nur innerhalb der Methode vergleichbar tiergruppenspezifisch 50

Index zur Berechnung der Populationsgrösse Frassschäden nach Rangskala geschätzt Einfarbige Ackerschnecke 51

der Populationsgrösse Auszählen von Larven pro kg Ast log Skala! Index zur Berechnung der Populationsgrösse Auszählen von Larven pro kg Ast log Skala! Lärchentriebwickler 51

der Populationsgrösse Zählen aller Vögel auf standardisierten Index zur Berechnung der Populationsgrösse Zählen aller Vögel auf standardisierten Exkursionen Schwarzhalstaucher 51

der Populationsgrösse Jagdstatistik Index zur Berechnung der Populationsgrösse Jagdstatistik Marderhund 51

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Zweiter Schwerpunkt: Populationsdynamik Komplexer Zusammenhang: erste Vereinfachung: ohne Ein- und Auswanderung N(t + Δt) = N(t) + Geburten - Sterbefälle zweite Vereinfachung: diskrete Zeitschritte N(t + 1) = N(t) + Geburten - Sterbefälle 53

Populationsdynamik: zwei wichtige Grössen Wachstumsrate der Population = N(t + 1) - N(t) = Geburten – Sterbefälle Individuelle Wachstumsrate = 53

g = pro-Kopf-Geburtenrate s = pro-Kopf-Sterberate Annahme: g und s = konstant, pro Zeitschritt gleich nicht umweltabhängig N(t + 1) = N(t) + g N(t) – s N(t) N(t + 1) = N(t) + (g – s) N(t) (g – s) = R individuelle N(t + 1) = N(t) + R N(t) Wachstumsrate = (1 + R) N(t) 54

Dynamik einer Population ergibt sich aus der Berechnung aufeinanderfolgender Zeitschritte 54

negatives Wachstum 55

exponentielles Wachstum Ist das realistisch exponentielles Wachstum Ist das realistisch? Viele Annahmen: - Zeitschritte (z.B. pro Jahr) - keine Ein- / Auswanderung - g und s unverändert - ressourcenunabhängig - alle Individuen gleich (Alter, Geschlecht) - dichteunabhängig Gibt es das? 56

unbegrenztes Wachstum möglich solange Ressourcen nicht begrenzt Beispiel: invasive Arten 56

Lösung für Problem des unbegrenztes Wachstums Individuen verbrauchen Ressourcen: N(R) R(N) ist bei N = 0 max, bei Nmax = 0 → Kapazität K 57

Rm und K bestimmen dynamisches Verhalten dichteabhängige individuelle Wachstumsrate damit Regulation möglich (nicht unbedingt linear) Veränderung von R: mit zunehmender Dichte nimmt indiv. Geburtenrate ab, Sterberate zu aus ungebremstem Wachstum wird assymptotische Annährung an K (Kapazität, carrying capacity) s-förmiges Populationswachstum logistisches Wachstum 58

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assymptotisch zu K: logistisches Wachstum Dichteabhängigkeit s-förmiges Wachstum assymptotisch zu K: logistisches Wachstum Dichteabhängigkeit Regulation 59

bei sehr kleinen Populationen ist R am grössten Aber: bisherige Annahme: bei sehr kleinen Populationen ist R am grössten Aber: l Mindestgrösse einer Population Partnerfindung bei mehr Individuen leichter grosses Rudel jagt erfolgreicher als kleines grosse Vogelkolonie verteidigt besser als kleine Allee-Effekt 60

zwei Gleichgewichtssituationen stabiles und labiles Gleichgewicht 60

r (statt R) für Wachstumsrate der Population r und K sind die zwei zentralen Faktoren Optimierung des Populationswachstums bezogen auf r bzw. K r-Selektion und K-Selektion 76

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viele Mikroorganismen (Bakterien) Kleinkrebse (ephemere Gewässer) r-Strategen viele Mikroorganismen (Bakterien) Kleinkrebse (ephemere Gewässer) Gewässerinsekten wie Zuckmücken etc. Blattläuse Sperlinge, viele Kleinsäuger (Mäuse) Pionierpflanzen K-Strategen viele Säugetiere (Bären, Wale, Primaten, Elefanten) der Mensch soziale Insekten (Bienen) Bäume 76