Tieroekologie 01 Populationen

Tierökologie
Roland Gerstmeier
Populationen
- Wie ist eine Population definiert
- Wie ist eine Population organisiert
- Welchen zeitlichen Veränderungen unterliegt eine Population
- Welche räumlichen Veränderungen ergeben sich für eine Population
1. Definition
Als eine Population wird die Gesamtheit der Individuen einer Art in einem in sich
mehr oder weniger kontinuierlichen Areal bezeichnet.
Annahmen:
1.
Die Organismen eines Ökosystems lassen sich nach Arten klassifizieren
und jede Population stellt einen eigenen Genpool dar.
2.
Populationen bestehen aus einer mehr oder weniger großen Anzahl von Individuen.
Die Individuen einer Population bilden eine Fortpflanzungsgemeinschaft.
3.
Populationen besitzen eine räumliche und zeitliche Kontinuität und sind von
anderen Populationen der gleichen Art getrennt.
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Was ist ein Individuum?
Menschen, Tiere sind Individuen, ausgezeichnet durch eine unitare Natur:
Form, Entwicklung, Wachstum und Lebensspanne sind vorgegeben.
Modulare Organismen können selbst weitere, ähnliche Funktionseinheiten
(Module) hervorbringen. Die meisten Pflanzen sind modular. Über Wurzelausläufer,
Rhizome, etc. können neue Sprosse entstehen. Tiere: Porifera, Hydra, Anthozoa,
Bryozoa.
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2. Populationsgröße, Populationsdichte
populationsökologische Untersuchungen basieren auf Kenntnis oder Schätzung
der Populationsgröße = N (Anzahl der Individuen)
Biomasse = Menge an organischer Substanz
12 – 18 mm
Frischgewicht
Trockengewicht
Energieeinheiten
ca. 3 mm
Populationsdichte oder Abundanz (N/Areal oder N/Volumen)
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3. Populationsstrukturen
Strukturprinzipien:
Altersstruktur - zahlenmäßiges Verhältnis der Altersklassen
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Stand 31.12.2000
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Sozialstruktur - Populationsgeschehen wird von sozialen Untereinheiten
der Tierpopulationen bestimmt
Dichtestruktur - räumliche Verteilung; steht in engem Zusammenhang
mit der Alters- und Sozialstruktur
Konzept der „optimalen Dichte“
Nachteile bei zu hoher Organismenkonzentration:
- Nahrungsmangel
- Lichtmangel
- Platzmangel
- Akkumulation schädlicher Ausscheidungsprodukte
- erhöhte Ansteckungs- bzw. Parasitengefahr
- Stress-Erscheinungen
aber: gewisse Dichte erforderlich, bei:
- Auffinden eines Geschlechtspartners
- Sozialjagd (Wölfe, Löwen, etc.)
- Sozialverteidigung
- Sozialfürsorge
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4. Populationsdynamik
4.1. Natalität und Mortalität
ideale Natalität wird nie erreicht → reale ökologische Natalität
minimale oder ideale Mortalität wird nie erreicht → reale Mortalität
Bilanz zwischen Natalität und Mortalität → Wachstumsrate einer Population
4.2. Wachstumsformen
ohne negative Umwelteinflüsse →
exponentielle Vermehrung
= exponentielle Wachstumskurve
Eisturmvogel
in England
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1000000
100000
10000
1000
100
10
1
Fulmarus glacialis
Eissturmvogel
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extrapolierte Vorhersage
Schätzung 1936
z.Zt. 7,2 Milliarden
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initiale
Phase
exponentielle
Phase
asymptotische
Phase
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4.3. Schwankungen der Populationsdichte
4.3.1. Dichteabhängige Faktoren
wirken bei geringer Populationsdichte weniger, und um so mehr,
je höher die Abundanz ist (z.B. Seuchenausbreitung, Parasitierung)
Beispiel: Parasitierung einer Gallmückenpopulation durch Schlupfwespen
Gallmücken pro Blattfläche
Parasitierungsgrad
43 Larven pro m²
14%
148 Larven pro m²
45%
4.3.2. Dichteunabhängige Faktoren
Klimafaktoren, ohne Rücksicht auf die Abundanz
Teich 1
N = 55.200
Teich 2
N = 16.900
Teich 3
N = 2.000
95,4%
93,6%
92,6%
2.600
1.000
150
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Massenwechsel ist die von
Räuber-Beute-Beziehungen unabhängige
kurzfristige Schwankung der
Populationsdichte (Abundanz)
4.3.3. Extinktion
wird die Anzahl der produzierten Individuen geringer
als die Anzahl der absterbenden, so wird die
Populationsdichte abnehmen
ohne Einwanderung
Population stirbt aus!
4.4. Überwindung des Umweltwiderstandes durch Abundanzstrategie
Problematik: genügend Individuen zur Fortpflanzung kommen zu lassen,
aber nicht zuviele → Konkurrenz, Ressourcenverknappung
2 unterschiedliche Strategien:
Vermehrungsstrategie
Anpassungsstrategie
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Vermehrungsstrategie / r-Strategie
→ Überschuss an Nachkommen
instabile
Umwelt
Populationen
schwanken
Neubesiedelung
Anpassungsstrategie / K-Strategie
→ wenige, widerstandsfähige Nachkommen
stabile
Umwelt
Populationen
erreichen K
kleine
Arten
jährl. Reproduktionsleistung groß
Konkurrenz
große
Arten
Kurzlebigkeit
jährl. Reproduktionsleistung gering
Langlebigkeit
viele, kleine
Nachkommen
wenig Jungtiere
Brutpflege möglich
wenige, große
Nachkommen
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Vermehrungsstrategie / r-Strategie
→ Überschuss an Nachkommen
• Blattläuse
• Kohlweißling (500-1000 Eier)
• Sperlinge
• Kleinsäuger
Anpassungsstrategie / K-Strategie
→ wenige, widerstandsfähige Nachkommen
• Waldbäume
• Apollo-Falter (60-120 Eier)
• Stichling
• große Vögel
• Primaten
Sinnvoller Vergleich nur bei nah verwandten und in etwa gleich großen Arten
allerdings: es gibt viele Beispiele, die nicht mit dem
r/K-Schema übereinstimmen
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5. Die räumliche Verteilung von Organismen
Vorratsschädlinge
in Lebensmittelvorräten
Wolfspinnen
im Getreidefeld
Huftierherden
Ameisenkolonien
inäqual
regelmäßig
Polsterpflanzen
Fisch- u.
Vogelschwärme
Raupennester
aggregativ, geklumpt
insular
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am weitesten verbreitet: aggregative Verteilung
Corvus brachyrhynchus - Amerikanerkrähe
Corvus ossifragus - Fischkrähe
b)
a)
Winter-Verteilung
a) weit verbreitet, aber geklumpt („hot spots“)
b) eingeschränkte Verbreitung, auch hot spots
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Vireo olivaceus - Rotaugenvireo
Brutzeit (Juni)
niedrige Zahlen in den meisten Transekten, hohe Zahlen in hot spots
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Metapopulationen
Eine Metapopulation besteht aus (zahlreichen) Subpopulationen, wobei ein gewisser
Individuenaustausch gegeben ist.
Ilkka Hanski: 4 Bedingungen
1) Klar abgrenzbare Habitatinseln („patches“)
2) Erhebliches Aussterberisiko, sogar auf den größten Subpopulationen
3) Habitatinseln dürfen nicht so weit auseinanderliegen, dass sie nach dem
Aussterben ihrer Subpopulation nicht wieder neu besiedelt werden könnten
4) Populationsdynamik der einzelnen Subpopulationen verläuft uneinheitlich
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meist aber auch: Metapopulation = Gruppe von Populationen, bestehend aus einer
größeren Kernpopulation und mehreren Satellitenpopulationen. Das Aussterberisiko für
die Kernpopulation kann auch sehr gering sein.
Lokale Ebene (Subpopulation): Interaktion der Individuen (Nahrungssuche, Paarungen, etc.)
Regionale Ebene (Metapopulation): Interaktionen der Subpopulationen (Aus- und
Einwanderungen, Neubesiedelung)
Euphydryas editha
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Zwischen dem Aussterben lokaler Populationen und der Kolonisation unbesiedelter
Habitatinseln besteht ein dynamisches Gleichgewicht.
P* = 1 – e/m
P* = Gleichgewichtswert
e = Aussterbewahrscheinlichkeit
m = Besiedelungswahrscheinlichkeit
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Habitatgröße und Isolationsgrad beeinflussen die Dynamik von Metapopulationen.
Metrioptera bicolor
Zweifarbige Beißschrecke
> 100m: Kolonisation sinkt
> 250m: keine Neubesiedelung mehr
Südschweden
Aussterberisiko steigt mit sinkender
Habitatgröße
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Habitat-Heterogenität beeinflusst die Beständigkeit lokaler Populationen.
Populationen, die Habitate mit einer vielfältigen Vegetationsstruktur besiedelten wiesen
geringere Fluktuationen in der Individuendichte auf; auch das lokale Aussterberisiko war
herabgesetzt.
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Subpopulationen werden von Quellpopulationen aus kolonisiert.
„Klassisch“: Besiedelung von Inseln durch Individuen einer Festlandpopulation.
Aber auch rein terrestrisch, z.B. Euphydryas editha bayensis in California:
Man spricht auch von Quellhabitaten und Zuwanderungshabitaten.
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Synchrone Prozesse (oder Faktoren) können zu einem erhöhten Aussterberisiko
einer Metapopulation führen, z.B. regionaler Kälteeinbruch, Dürreperiode.
2 Faktoren: Umwandlung von Weide- in Ackerflächen
Bekämpfung der Wildkaninchen
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Ausbreitungsrate ist eine wichtige Komponente bei der Besiedelung
neuer Habitate.
ist von Art zu Art sehr unterschiedlich,
z.B. Insekten, die ephemere Habitate oder solche mit schwankenden
Umweltbedingungen besiedeln.
Flugunfähigkeit bei Insekten geht mit verringerter Habitatvielfalt und einer dauerhaften Beständigkeit des Habitats einher.
Auch das Aussterberisiko einer Population ist von Art zu Art verschieden.
Geringe Körpergröße könnte die Aussterbewahrscheinlichkeit
verringern (da höhere Individuendichte erreicht werden könnte).
Größere Arten brauchen einen größeren Mindestlebensraum.
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3 Typen von „Hoheitsgebieten“
Wohngebiet
Areal, welches ein Tier während seines Lebens normalerweise besucht
groß, bei Zugvögeln, wandernden Huftieren – aber auch bei standorttreuen
Arten, wie z.B. Auerhuhn
Wohngebiet wird nur zum Teil genutzt und nicht gegen andere Tiere verteidigt
Territorien
Fest besetzte Gebiete (Reviere), die genügend Raum und Nahrung für die
Aufzucht der Jungen gewährleisten
wird gegen eindringende Artgenossen verteidigt
z.B. besonders Singvögel und Säuger
Unmittelbarer Nestbereich
auch artfremde Eindringlinge vergleichbarer Größe werden
vertrieben; Vögel und Säuger (v.a. koloniebrütende Vögel
und dauernd in Herden lebende Säuger)
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6. Räumliche Veränderung von Populationen
Gebietsveränderungen - Wanderungen
6.1. Ausbreitungsmechanismen
Eigenbewegung → Ausbreitung der Art
festsitzende Tiere → eigenbewegliche Entwicklungsstadien
oder Verfrachtung / Transport
EXPANSION = Vergrößerung des Populationsareals
Girlitz – Ausdehnung
der Brutverbreitung
1990
Türkentaube
1890
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6.2. Wanderungen (Migrationen)
zeitlich koordinierte und gerichtete (Massen)bewegungen, häufig periodisch
→ Nahrungssuche
→ Fortpflanzung / Reproduktion
→ Flucht vor widrigen Umweltbedingungen (i.w. Nahrung)
Reproduktion: Aale, Lachse, Russischer Bär
Widrige Umweltbedingungen: z.B. Vertikalwanderung Zooplankton
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Nahrungserwerb:
Zugvögel
Wanderheuschrecken
Lemminge
Karibus
afrikanische Huftiere
Eisbär (> 5000 km)
Bachstelze
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Populationsmanagement
Gesamtzahl der Geburten und Wachstumsraten der Individuen sind hoch,
wenn eine Population deutlich unter ihrer Umweltkapazität liegt.
Probleme
-
Bejagung
Überfischung
Entzug von Lebensraum
Bekämpfung (?Schädlinge)
Manche Fischpopulationen können stark befischt werden, wenn eine hohe
Fortpflanzungsfähigkeit besteht.
Eher nicht: Kabeljau (Dorsch), Scholle, Schwertfisch, Seezunge, etc.
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Getötete Wale 1950 - 1985
Management schwierig, da:
geringe Reproduktionsrate
werden als „internationale Ressource“ betrachtet,
→ keine Einigung der Walfangnationen
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Populationsbekämpfung bei Schädlingen (z.B. Ratten) ?
?Vergiften → höhere Vermehrungsrate
nur möglich durch Verringerung der Umweltkapazität, d.h. den Ratten keine
Abfälle zugänglich machen.
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Afrikanischer Elefant
Ausgangssituation: Bis Mitte der 1980er Jahre Dezimierung der Elefantenpopulationen
durch Wilderei (Elfenbein; z.B. Kenya: 1973-1989: 85% Verlust)
oder gezielten Abschuss („culling“), z.B. Kruger NP: 1967-1995 – 14.562 Tiere abgeschossen
Verbot des Elfenbeinhandels 1989/1990
Zunahme der Populationen
stimmt das ??
Trifft eigentlich nur zu, für: Botswana – Südafrika – Namibia
Gründe: - Effektiver Naturschutz (→ weniger Wilderei), basierend auf mehr Geld
- Parks eingezäunt (nicht in Botswana)
- Einwanderung von Nachbarstaaten (polit. Situation, Krieg)
- Zerstückelung der Landschaft (→ Konzentration in NP‘s)
- Künstliche Wasserstellen
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Fakten
Afrika: ~ 422.000 Elefanten
südliches Afrika ~ 300.000
(jährl. Zuwachs: 4-5%)
Kruger NP: Zunahme seit 1995 von
8.000 auf > 13.000 Individuen
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Problematik
• Zerstörung der natürlichen Baumvegetation
• Zerstörung landwirtschaftlicher Kulturen, Konflikt Mensch
• andererseits: wichtig für Samenverbreitung (Acacia)
Förderung neuer Flora und Fauna
Entdeckung von Wasservorräten im Boden
Situation in anderen afrik. Ländern
• Selbstregulation / Dezimierung durch Wilderei
• von Kriegsgebieten umgeben → viele Waffen → Wilderei
heute auch „bush meat“
• korrupte Regierungen (weniger Geld, „wenig“ Naturschutz)
• Schutzgebiete nicht (oder nur teilweise) umzäunt
• Bevölkerungsexplosion
• Landnutzung (Wasserstellen) durch Nutztiere
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Maßnahmen (v.a.) in Südafrika
• Trophy hunting
• Culling (1995 in Südafrika abgeschafft)
• Translocation
• Contraception (Immunocontraception)
Alternativen
• Keine künstlichen Wasserstellen
• Neue Landnutzungspläne
• Geschützte Korridore
• Grenzübergreifende Schutzgebiete (ohne Zäune)
• Abwehrmaßnahmen (Chili-Zäune, Bienen)
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Immunocontraception
PZP = porcine zona pellucida