2 Populationsökologie

bisher:

Was ist eine Population?

Schwerpunkte: 1. Populationsgrösse

2. Populationsdynamik

45

47

grosse Schwankungen

Zyklen?

niedrigerePopulationsdichte

sehr konstant

unbegrenztesWachstum?

48 ff

unbegrenztes Wachstummöglich solange Ressourcen nicht begrenztBeispiel: invasive Arten

R = g – sindividuelle Wachstumsrate

59

Dichteabhängigkeit erlaubt Regulation

Neu:

• Struktur, Altersstruktur einer Population• Lebenszyklen• Dichte und Populationsschwankungen• Metapopulationen, Areal

62

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

Kohorten: in einem Zeitraum geborene IndividuenSpalte 1: Stadium 2: Nummerierung 1 - 6 3: Überlebende Individuen bis zu diesem Stadium a1 = 44.000 → a6 = 1.300 4: a1 = 1 a6 = 0.03 (3 %) Ei → Imago (Überlebenskurve) 63

Überlebenskurven

65

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

Verschiedene Typen von Überlebenskurven

68

Populationsaufbaukann sehr komplex sein: Mensch

64

Altersaufbau Bevölkerung Schweiz

?

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

… evolutive Prozesse

• es gibt eine Fülle von Lebenszyklen– kurz-, langlebig– diverse Vermehrungsstrategien

• oft trade-offs– somatisches oder generatives Wachstum– Reproduktion oder geringe Mortalität

71

9773

In unterschiedlichen Umwelten verschiedene Lösungen

74

• Körpergrösse ~ Generationszeit

• Körpergrösse ~ Jugendentwicklung

• Körpergrösse ~ Lebensdauer

• Körpergrösse ~ Bauplan / Physiologie

• Körpergrösse negativ ~ max. ind. Wachstumsrate

Merkmalssyndrom

75

Merkmalssyndrom: r- und K-Selektion

Generalist / Opportunist vs. Spezialist

Kontinuum

Pianka (1970)

76

Lebensformen nach Raunkiaer 1919

176

2.5 Dichteregulation und Populations- schwankungen2.5.1 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

1. Ausbeutungskonkurrenz (scramble competition)– Zebra-Effekt– keine direkte Interaktion– alle leiden gemeinsam (längere Wege, schlechtere

Ernährung, höhere Mortalität, geringe Reproduktion)

– festsitzende Organismenbei Raummangel: Self-thin-ning oder Kümmerwuchs (Biomasse konstant)

76

2. Konkurrenz durch gegenseitige Beeinträchtigung (interference competition)

– aktive Verteidigung von Ressourcen– Territorien– höhere Mortalität ohne Territorien

77

2.5.2 Regulation und Limitierung

Populationsdichtesinkt / steigt

Stress

Adrenalinverzögerte Geschlechtsreife

weniger Nachwuchs

Klassisches Beispiel für hormonabhängige Dichte-regulation von Vögeln und Kleinsäugern, z. B. Tupaias (Spitzhörnchen)

78

78

• 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

• unvorhersagbare Umweltschwankungen→ Schwankungen der Populationsgrösse Umweltstochastizität

• reproduktive Schwankungen → in sex ratio, Fertilität demographische Stochastizität

• können zum Aussterben kleiner Populationen führen

wer reguliert?

80

2.5.3 Stochastizität

83

2.5.5 Zyklen oder Chaos• zur Analyse von Zyklen: Zeitreihenanalyse

(Fourieranalyse)• lange Zeitreihen nötig (selten vorhanden)• Zeitverzögerung führt zu Zyklen

84

chaotisch(= Abhängigkeit

der Dynamik von Anfangs- bedingungen)

85

PopulationszyklenBeispiele 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

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

Komplexe Situation, Adaptation, keine Insektizide

51

86

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

Zwei Typen von Lebensräumen

• source-Lebensräume

– gute Lebensbedingungen

– exponentielles Wachstum

– Überschussproduktion

– Auswanderung

• sink-Lebensräume

– wenige guter Lebensraum

– nicht genügend Reproduktion

– von Einwanderung abhängig

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• 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

Wandergeschwindigkeit / Anteil Migranten wichtig

Nicht überall, wo eine Art vorkommt, kann sie auch Überleben.

Für Populationserhalt sind source-Gebiet wichtig.

Implikationen für Artschutz

88

2.6.2 Metapopulation

Hanski & Simberloff (1997)

89

Zwei Metapopulationskonzepte

a. mainland-island Modell b. klassisches Modell

91

mainland-island Modell

Wald – Einzelbäumeherbivores Insekt

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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

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?

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)

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