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Populationsökologie

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 Populationsdynamik
● Population - Individuen, die zur gleichen Zeit am gleichen Ort leben und sich ohne
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Populationsdynamik ● Population - Individuen, die zur gleichen Zeit am gleichen Ort leben und sich ohne = Einschränkungen untereinander fortpflanzen und einen gemeinsamen Genpool besitzen. ● Populationen = dynamische Systeme Anzahlen Organismen ist Schwankungen durch Umweltfaktoren unterworfen Populationswachstum ● ● Beispiel: 1000 Tiere, 500 Nachkommen, 100 Todesfälle : r= (500-100): 1000 = 0,4 = 40% Man unterscheidet zwei Arten : Wachstum Geburtenrate b (Natalitätsrate) ist größer als Sterberate d (Mortalitätsrate) Wachstum kann von einem einzelnen Individuum oder von einem Gründerpaar ausgehen Geburtenrate b und Sterberate d bestimmen Wachstumsrate r : b-d=r Exponentielles/ungebremstes Wachstum (J-Kurve) ● Gleichbleibende Vermehrungsrate & Fehlen von Faktoren, die das Wachstum einschränken könnten (konkurrenzfrei) Population wächst um gleichbleibenden Prozentsatz ● Optimale Wachstumsbedingungen ● Population wächst um gleichbleibenden Prozentsatz Ungebremstes Wachstum stößt schnell an Kapazitätsgrenze Formel ● O dN/dt = r x N O N = Ausgangsgröße der Population, dN = Veränderung (b-d) Veränderung der Individuenzahl in einem Zeitabschnitt dt ist das Produkt der Wachstumsrate & der Ausgangsgröße ● O Logistisches oder gebremstes Wachstum (S-Kurve) ● Populationen können nicht dauerhaft unbegrenzt wachsen ● Anfangsphase = exponentiell, genügend Nahrung & großes Biotop ● darauf folgt logistische Wachstumskurve, verlangsamtes Wachstum, da intraspezifische Konkurrenz steigt, ein Umweltfaktor wirkt begrenzend (Nahrung) auf weitere Vermehrung Kurve flacht ab (logistische Phase) ● Nähert sich asymptotisch an Umweltkapazität an ● Anschließend stationäre Phase : Individuenzahl entspricht Biotopkapazität K = maximale Populationsgröße Häufig schwankt die Populationsgröße um die Kapazitätsgrenze = Massenwechsel oder auch fluktuierendes...

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Wachstum Formel O dN/dt = r (K-N/K) x N Phasen O Anlaufphase (lag-Phase) O Exponentielle Wachstumsphase (log-Phase) b O Stationäre Phase (Geburten-Sterberate) C ➜t N flukuierendes wachstum C карагl+ātsgrente st Einfluss der Umwelt auf die Populationsdichte / Regulation der Populationsdichte ● Populationsdichte wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst ● Je nachdem, ob sie von Individuenzahl oder Population abhängig sind, unterscheidet man dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren Dichteabhängige Faktoren Biotische Faktoren, die in einer Rückkopplungsreaktion durch die Größe der Population beeinflusst werden Hauptsächlich intraspezifische Konkurrenz - Nahrungskonkurrenz, Raumangebot, Revierbildung arteigene Feinde, sozialer Stress, Tierwanderungen, Kannibalismus Räuber, Parasiten Krankheiten Regelkreis mit positiver Rückkopplung Bis zu einer bestimmten Populationsdichte fördert hohe Nachkommenzahl das Wachstum Positive Rückkopplung: exponentieller Anstieg der Individuenzahl dichteabhängige Faktoren können auch fördernd wirken : Frühe Geschlechtsreife, kürzere Generationsfolge, lange Phase der Fruchtbarkeit Regelkreis mit negativer Rückkopplung Meisten dichteabhängige Faktoren begrenzen das Wachstum Nahrungsmangel, etc. Diese Faktoren wirken sich auf große Populationen stärker aus als auf kleine Dichteunabhängige Faktoren Abiotische Faktoren vor allem Klima- und Boden Anzahl ge- schlechts- reifer indi- viduen +je mehr mehr, je weniger weniger je mehr weniger, je weniger - mehr nahrungs- angebot Popula- transdichte Antani der nachkommen Können Wachstum entweder hemmen/ Population dezimieren oder fördern Treten unabhängig von Populationsdichte ein Geburten- und Sterberate unabhängig von Populationsdichte: deswegen keinen Regulationsmechanismus, welcher Wachstum verlangsamen könnte Es fehlt eine Beschränkung des Wachstums durch negative Rückkopplung Anzahl Fressfeinde Die das Populationswachstum hemmen Überschwemmungen oder Dürre Kälte oder Hitze Krankheiten Mangel an Mineralsalzen/Versalzung Starke Verdichtung des Bodens Die das Populationswachstum fördern genügend Niederschläge Mildes Winterklima Aufgelockerter Boden Mineralstoffreicher Boden - Räuber-Beute Beziehungen ● Wichtigster dichteabhängige Faktor für Populationsregulierung = Anzahl der natürlichen Fressfeinde ● Negative Rückkopplung: Zu-/bzw. Abnahme einer Größe wirkt selbst hemmend / fördernd zurück Je mehr Beute, desto mehr Räuber Je mehr Räuber, desto weniger Beute Je weniger Beute, desto weniger Räuber Je weniger Räuber, desto mehr Beute O O O ● Regeln gelten nur : O 1. Gesetz des periodischen Zyklus Die Populationsdichten von Beute und Fressfeind schwanken periodisch und zeitgleich gegeneinander phasenverschoben. wenn Räuber sich von einer Beuteart ernährt Beute sowie Räuber bezüglich Körpergröße und Vermehrungsrate etwa übereinstimmen: ist Räuber größer braucht er mehr Nahrung, Fortpflanzungsrate niedriger O Unter nichtBeachtung der abiotischen Faktoren ● Erkenntnisse wurden in den Lotka-Volterra-Regeln zusammengefasst : 2. Gesetz von der Erhaltung der Mittelwerte Die Dichte jeder Population schwankt um einen Mittelwert 3. Gesetz von der Störung der Mittelwerte Eine Erhöhung der Beutedichte bewirkt eine Zunahme der Fressfeinde. Gleich starke Verminderung beiden Arten führt dazu, dass sich die Population der Beute schneller erholt als die des Fressfeindes. Beispiel chemische Schädlingsbekämpfung Räuber Auf Monokulturen wachsen viele Schädlinge · Beute Inaividuen/ Flache Labe Mittelwerte Inaividuen/ Fläche negative Rückkoppling je mehr Beute → desto mehr Räuber je mehr Rauber desto weniger Beute je weniger Beute → desto weniger Räuber je weniger Räuber → desto mehr Beute a а miHelwerte Inaividuen/ Flache Eingriff Mittelwerte Beute Räuber Zeit t Beute Rauber → Zeit + Beute Räuber Zeit t O 3. Volterra Regel: die Schädlinge wachsen viel schneller an als ihre Feinde & müssen erneut bekämpft werden (Teufelskreis) Populationsentwicklung des Menschen ● Bei Erdbevölkerung handelt es sich um superexponentielles Wachstum O Bei normalem Wachstum : Anzahl der Individuen verdoppelt sich in festen Zeitraum O Bei Erdbevölkerung : verkürzte sich der Zeitraum Mögliche Gründe O Gewinnung neuer Anbauflächen für Landwirtschaft Enorme Steigerung der Agrarproduktion (Technik, Pestizide & Dünger) O Senkung Sterberate durch Hygiene & Medizin ● Kapazität der Erde reicht nicht aus ● Dichtebegrenzende Faktoren O Nur noch wenig ausbreitbare landwirtschaftliche Fläche O Begrenzte Energie- & Rohstoffvorräte O Zunehmende Umweltverschmutzung durch Überbevölkerung Unterschiede im Bevölkerugswachstum ● Große Unterschiede je nach Region der Erde 90 % des jährlichen Bevölkerungszuwachses aus EL wie Afrika & Asien IL weisen Geburtenrückgänge auf : Wachstumsraten u.a. Negativ (Deutschland) Demografischer Übergang 1. Phase Hohe Geburten- und Sterberate durch geringes Wachstum Beispiel historische, vorindustrielle Staaten 2. Phase Hohe Geburten- und abnehmende Sterberate führt zu Wachstum Medizinischer Fortschritt Beispiel: Staaten südlich Sahara (Agrarstaaten) 3. Phase Sinkende Geburten- und Sterberate führt zu Rückgang Verbesserung Lebensqualität Beispiel: Nord- und Ostafrika, Indien, etc. (Schwellenländer) 4. Phase Weiter sinkende Geburtenrate & niedrige Sterberate Weiter abnehmendes Wachstum Hoher Lebensstandard, Familienplanung, Streben nach materiellem Besitz Beispiele: USA, Nordeuropa, etc. (Industrieländer) 5. Phase Geburten- und Sterberate auf niedrigem Niveau führen zu Nullwachstum Hoher Lebensstandard, soziales Netz, lange Ausbildung, Problem Versorgung alter Menschen Beispiel: hochindustrialisierte Staaten, Deutschland

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Wachstum Formel O dN/dt = r (K-N/K) x N Phasen O Anlaufphase (lag-Phase) O Exponentielle Wachstumsphase (log-Phase) b O Stationäre Phase (Geburten-Sterberate) C ➜t N flukuierendes wachstum C карагl+ātsgrente st Einfluss der Umwelt auf die Populationsdichte / Regulation der Populationsdichte ● Populationsdichte wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst ● Je nachdem, ob sie von Individuenzahl oder Population abhängig sind, unterscheidet man dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren Dichteabhängige Faktoren Biotische Faktoren, die in einer Rückkopplungsreaktion durch die Größe der Population beeinflusst werden Hauptsächlich intraspezifische Konkurrenz - Nahrungskonkurrenz, Raumangebot, Revierbildung arteigene Feinde, sozialer Stress, Tierwanderungen, Kannibalismus Räuber, Parasiten Krankheiten Regelkreis mit positiver Rückkopplung Bis zu einer bestimmten Populationsdichte fördert hohe Nachkommenzahl das Wachstum Positive Rückkopplung: exponentieller Anstieg der Individuenzahl dichteabhängige Faktoren können auch fördernd wirken : Frühe Geschlechtsreife, kürzere Generationsfolge, lange Phase der Fruchtbarkeit Regelkreis mit negativer Rückkopplung Meisten dichteabhängige Faktoren begrenzen das Wachstum Nahrungsmangel, etc. Diese Faktoren wirken sich auf große Populationen stärker aus als auf kleine Dichteunabhängige Faktoren Abiotische Faktoren vor allem Klima- und Boden Anzahl ge- schlechts- reifer indi- viduen +je mehr mehr, je weniger weniger je mehr weniger, je weniger - mehr nahrungs- angebot Popula- transdichte Antani der nachkommen Können Wachstum entweder hemmen/ Population dezimieren oder fördern Treten unabhängig von Populationsdichte ein Geburten- und Sterberate unabhängig von Populationsdichte: deswegen keinen Regulationsmechanismus, welcher Wachstum verlangsamen könnte Es fehlt eine Beschränkung des Wachstums durch negative Rückkopplung Anzahl Fressfeinde Die das Populationswachstum hemmen Überschwemmungen oder Dürre Kälte oder Hitze Krankheiten Mangel an Mineralsalzen/Versalzung Starke Verdichtung des Bodens Die das Populationswachstum fördern genügend Niederschläge Mildes Winterklima Aufgelockerter Boden Mineralstoffreicher Boden - Räuber-Beute Beziehungen ● Wichtigster dichteabhängige Faktor für Populationsregulierung = Anzahl der natürlichen Fressfeinde ● Negative Rückkopplung: Zu-/bzw. Abnahme einer Größe wirkt selbst hemmend / fördernd zurück Je mehr Beute, desto mehr Räuber Je mehr Räuber, desto weniger Beute Je weniger Beute, desto weniger Räuber Je weniger Räuber, desto mehr Beute O O O ● Regeln gelten nur : O 1. Gesetz des periodischen Zyklus Die Populationsdichten von Beute und Fressfeind schwanken periodisch und zeitgleich gegeneinander phasenverschoben. wenn Räuber sich von einer Beuteart ernährt Beute sowie Räuber bezüglich Körpergröße und Vermehrungsrate etwa übereinstimmen: ist Räuber größer braucht er mehr Nahrung, Fortpflanzungsrate niedriger O Unter nichtBeachtung der abiotischen Faktoren ● Erkenntnisse wurden in den Lotka-Volterra-Regeln zusammengefasst : 2. Gesetz von der Erhaltung der Mittelwerte Die Dichte jeder Population schwankt um einen Mittelwert 3. Gesetz von der Störung der Mittelwerte Eine Erhöhung der Beutedichte bewirkt eine Zunahme der Fressfeinde. Gleich starke Verminderung beiden Arten führt dazu, dass sich die Population der Beute schneller erholt als die des Fressfeindes. Beispiel chemische Schädlingsbekämpfung Räuber Auf Monokulturen wachsen viele Schädlinge · Beute Inaividuen/ Flache Labe Mittelwerte Inaividuen/ Fläche negative Rückkoppling je mehr Beute → desto mehr Räuber je mehr Rauber desto weniger Beute je weniger Beute → desto weniger Räuber je weniger Räuber → desto mehr Beute a а miHelwerte Inaividuen/ Flache Eingriff Mittelwerte Beute Räuber Zeit t Beute Rauber → Zeit + Beute Räuber Zeit t O 3. Volterra Regel: die Schädlinge wachsen viel schneller an als ihre Feinde & müssen erneut bekämpft werden (Teufelskreis) Populationsentwicklung des Menschen ● Bei Erdbevölkerung handelt es sich um superexponentielles Wachstum O Bei normalem Wachstum : Anzahl der Individuen verdoppelt sich in festen Zeitraum O Bei Erdbevölkerung : verkürzte sich der Zeitraum Mögliche Gründe O Gewinnung neuer Anbauflächen für Landwirtschaft Enorme Steigerung der Agrarproduktion (Technik, Pestizide & Dünger) O Senkung Sterberate durch Hygiene & Medizin ● Kapazität der Erde reicht nicht aus ● Dichtebegrenzende Faktoren O Nur noch wenig ausbreitbare landwirtschaftliche Fläche O Begrenzte Energie- & Rohstoffvorräte O Zunehmende Umweltverschmutzung durch Überbevölkerung Unterschiede im Bevölkerugswachstum ● Große Unterschiede je nach Region der Erde 90 % des jährlichen Bevölkerungszuwachses aus EL wie Afrika & Asien IL weisen Geburtenrückgänge auf : Wachstumsraten u.a. Negativ (Deutschland) Demografischer Übergang 1. Phase Hohe Geburten- und Sterberate durch geringes Wachstum Beispiel historische, vorindustrielle Staaten 2. Phase Hohe Geburten- und abnehmende Sterberate führt zu Wachstum Medizinischer Fortschritt Beispiel: Staaten südlich Sahara (Agrarstaaten) 3. Phase Sinkende Geburten- und Sterberate führt zu Rückgang Verbesserung Lebensqualität Beispiel: Nord- und Ostafrika, Indien, etc. (Schwellenländer) 4. Phase Weiter sinkende Geburtenrate & niedrige Sterberate Weiter abnehmendes Wachstum Hoher Lebensstandard, Familienplanung, Streben nach materiellem Besitz Beispiele: USA, Nordeuropa, etc. (Industrieländer) 5. Phase Geburten- und Sterberate auf niedrigem Niveau führen zu Nullwachstum Hoher Lebensstandard, soziales Netz, lange Ausbildung, Problem Versorgung alter Menschen Beispiel: hochindustrialisierte Staaten, Deutschland