2 Populationsökologie bisher: Was ist eine Population?

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

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

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

4 Dichteabhängigkeit erlaubt Regulation
59

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 1 - 6 3: Überlebende Individuen bis zu diesem Stadium a1 = → a6 = 1.300 4: a1 = a6 = 0.03 (3 %) Ei → Imago (Überlebenskurve) 63

8 Überlebenskurven 65

9 6: altersspezifische Mortalitätsrate dx / lx = qx
Spalte 5: Anteil der Individuen, die pro Entwicklungs stadium sterben (dx = lx – lx+1) Σ dx = 1 6: altersspezifische Mortalitätsrate dx / lx = qx 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
Merkmalssyndrom: r- und K-Selektion Generalist / Opportunist vs. Spezialist Kontinuum Pianka (1970) 76

19 Lebensformen nach Raunkiaer 1919
176

20 2. 5 Dichteregulation und Populations- schwankungen 2. 5
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 aktive Verteidigung von Ressourcen Territorien
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 weniger Nachwuchs Stress verzögerte Geschlechtsreife Adrenalin Klassisches Beispiel für hormonabhängige Dichte- regulation von Vögeln und Kleinsäugern, z. B. Tupaias (Spitzhörnchen) 78

24 78

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

26 2.5.3 Stochastizität unvorhersagbare Umweltschwankungen → Schwankungen der Populationsgrösse Umweltstochastizität reproduktive Schwankungen → in sex ratio, Fertilität demographische Stochastizität können zum Aussterben kleiner Populationen führen wer reguliert? 80

27 83

28 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 Gründe
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 2.6 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 86

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 dunkle Felder Populationswachstum 1.1 helle Felder 0.9
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 (Rapoport‘sche „Regel“) nimmt mit Alter zu (Alters-Areal-Hypothese) nimmt mit Nischenbreite zu (Nischenbreite-Areal-Hypothese) 92