K-und r- Strategen
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K- und r- Strategen
Im Laufe der Evolution konnten nur die Arten erhalten bleiben, die die richtige Strategie zur Reproduktion besaßen.
Hierbei gibt es zwei Extreme. Die r- und die K-Strategen.
Das erstgenannte Extrem setzt auf eine hohe Rate in der Vermehrung und kann dadurch in kurzer Zeit viel freien Raum besiedeln. Allerdings ist die Generations- sowie die Lebensdauer meist kurzlebig. Die Populationsdichte ist schwankend. In diesem Fall spricht man von den r-Strategen.
Beispiele hierfür sind Kieselalgen (Ditylum brightwellii, Thalassiosira eccentrica). Diese Algenarten wählten wir für den Versuch beim GEOMAR, da sie sich schnell vermehren können und somit in kurzer Zeit eine Wachstumsrate erkennbar war.
Die r-Strategie ist die generelle Strategie von kleinen Tieren, der rasch siedelten Pflanzen und Mikroorganismen.
In guten Jahren erreicht die Population einen hohen Zuwachs, allerdings steigt dadurch die Sterberate.
Das andere Extrem setzt auf Sicherheit und Stabilität. Es weist eine geringere Vermehrungsrate auf. Dafür haben die Lebewesen dieser Gattung eine höhere Lebenserwartung. Sie sind nicht in der Lage neue Lebensräume schnell zu besiedeln.
Prinzipiell wächst die Population unter optimalen Bedingungen in gleicher Weise, wie andere auch. Der Maßstab ihrer Wachstumskurve ist dabei allerdings größer, weil die Vermehrung zeitintensiver ist, als bei den r-Strategen. Man bezeichnet dieses Extrem als K-Strategen, weil sie die Kapazität ihrer ökologischen Grundlagen berücksichtigen. Man spricht bei ihnen außerdem von einer Platzhalterstrategie, weil von relativ langlebigen Individuen, die Plätze für wenige Nachkommen gehalten werden.
Diese Populationen haben kaum Schwankungen im Wachstum. Es ist die generelle Strategie von großen Organismen. Als Beispiele dienen: Wale, Elefanten, Primaten und Adler.
Ein auftretender Sonderfall bei den K-Strategen sind soziale Insekten, wie zum Beispiel Bienen, die große Staaten bilden und deren Königinnen viele Jahre (sogar Jahrzehnte) alt werden.
Altersstruktur
Eichenwickler einer Population haben alle dasselbe Alter, da sich die Eiraupen nur zu einem bestimmten Zeitpunkt im Jahr entwickeln können. Sie müssen zum Zeitpunkt der Blattfaltung schlüpfen, da sie sonst keine Nahrung finden und verhungern.
Bei solchen Arten, bei denen der gesamte Lebenszyklus an den Ablauf eines Jahres angepasst ist, gibt es keine Altersstruktur.
Die meisten Organismen bringen es aber im Laufe eines Jahres auf mehrere Generationen oder ihre Lebenspanne reicht über ein Jahr hinaus. In diesen Populationen existiert eine Altersstruktur.
Vor allem bei r-Strategen, wie zum Beispiel Wühlmäusen, sind Veränderungen in dieser Struktur sehr ausgeprägt. Während der Wachstumsphase stellen die Jungtiere den Hauptteil der Population dar. Die Populationsstruktur zeigt dann die Form einer Pyramide. Im Extremfall ist sie zur Basis hin sehr flach ausgeweitet und ist formgleich mit einem chinesischen Dach.
Wenn es zu solchen ungünstigen Bedingungen kommt, erhöht sich die Sterblichkeit der Jungtiere oder es werden weniger Jungtiere geboren.
In einer solchen Phase wird die Basis in der Altersstruktur sehr schmal und somit entsteht eine Urnenform. Zwischen den beiden beschriebenen Extremen liegt die Glockenform.
Vergleich von Algen-und Bakterienkulturen
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Vergleich von Algen-und Bakterienkulturen
Bei dem Vergleich vom Wachstum von Algen-und Bakterienkulturen ist auffällig, dass eine ähnliche Vermehrung vorliegt. Die Arten vermehren sich beide vegetativ. Beide Arten vermehren sich durch Zellteilung.
Populationsökologie
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Populationsökologie
Die Populationsökologie befasst sich mit den Populationen von verschiedenen Lebewesen, die eine Fortpflanzungsgemeinschaft in einem abgegrenzten Lebensraum darstellen, und mit deren Anzahl. Diese Wissenschaft wird auch Demografie genannt. Zudem untersucht und ermittelt diese Ökologie, wie sich die Wachstumsrate verhält und wie verschiedene Populationen aufgebaut sind. Außerdem werden unter anderem die Einflüsse durch die Populationsdichte, Altersstruktur, Verfügbarkeit der Ressourcen und durch Wechselbeziehungen zwischen verschiedenen Populationen berücksichtigt.
Solange keine Krankheiten, Feinde und keine der lebenswichtigen Faktoren ins Minimum geraten, wachsen die Populationen in mathematisch beschreibbarer Weise.
Je stärker sich die Populationsdichte den Grenzen des Wachstums nähert, desto intensiver wirken die Faktoren, die das Wachstum behindern. Es entsteht ein Umweltwiderstand.
Man spricht von einer wachsenden Population, wenn die Geburtenrate höher ist als die Sterberate. Wenn die Individuenanzahl in einer Population gleichbleibend ist, spricht man von einer stillstehenden Population. Die Anzahl, die angibt, wie viele Individuen maximal in einem bestimmten Lebensraum leben können, wird Kapazität genannt. Hierbei muss die Population stillstehen.
Es kommt allerdings nur selten vor, dass bei einer Population keine Schwankungen auftreten.
Diese Schwankungen werden durch dichteunabhängige und dichteabhängige Faktoren verursacht. Zu den dichteunabhängigen Faktoren zählen zum Beispiel Katastrophen oder ähnliche ungünstige Bedingungen, die Individuen beeinträchtigen können. Ebenso können gute Wetterbedingungen das Wachstum verbessern. Solche Ursachen liegen außerhalb der Population und werden auch Fluktationen genannt. Zu den dichteabhängigen Faktoren zählen die Ursachen, die an der Größe der eigenen oder einer anderen Population liegen. Diese Faktoren werden Oszillationen genannt. Solche Oszillationen treten zum Beispiel auf, wenn die Ressourcen in einem Lebensraum aufgebraucht sind. Dadurch nimmt die Population solange ab, bis sich die Ressourcen erneuert haben. Wenn nur wenige Ressourcen vorhanden sind, können sich nur die Individuen behaupten, die an die Situation am besten angepasst sind. Selektion bewirkt die Angepasstheit und Variabilität ermöglicht sie. Bei der Selektion überleben die wichtigen und gebrauchten Gene und nicht notwendigen sterben ab. Wenn sich Individuen unterscheiden, nennt man dies Variabilität. Die Regenarations-geschwindigkeit der Ressourcen bestimmt die Zykluslänge der Schwankung. Die Fähigkeit der Populationen, eine Knappheit zu überstehen, beeinflusst die Länge ebenfalls.
Population des Menschen
Der Mensch ist ein heterotrophes Lebewesen. Das heißt, dass sich der Mensch von anderen Lebewesen ernährt, um die nötigen Stoffe aufzunehmen, die das Überleben gewährleisten.
Menschen fühlen sich aber unabhängig von der Natur, da sie glauben, die Natur vollständig kontrollieren zu können. Dennoch wird die menschliche Population durch Naturkatastrophen wie Taifune oder Missernten stark beeinflusst. So wird die Anzahl der Menschen verringert und eine Überpopulation verhindert.
Durch die Ermittlung der Wachstumsrate in verschiedenen Ländern, können die Regierungen die Versorgung der Bevölkerung vorab planen und sichern.
In Deutschland beispielsweise ist die Wachstumsrate negativ, daher sind keine Maßnahmen zur Veränderung der Versorgungsstrategie nötig.
Wachstumsphasen
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Wachstumsphasen
Wachstumskurven können in Phasen beschrieben werden. Die vier Phasen werden als Latenzphase, exponentielle Phase, stationäre Phase und Absterbephase bezeichnet. Auf den Bildern auf Seite sieben sind einmal alle Phasen zusammen dargestellt. Das zweite Bild zeigt das Wachstum einer Versuchsreihe unseres Versuches. Dort sind nur die Latenzphase und die exponentielle Phase zu sehen. Unser Versuch hatte leider einen zu engen Zeitraum, aus diesem Grund sind nicht alle Phasen dargestellt.
Latenzphase
Die erste Phase ist die Latenzphase. Das ist die Anfangsphase, in welcher sich die Organismen an die Bedingungen ihrer Umgebung gewöhnen. Ein Beispiel dafür wäre die Anpassung des Stoffwechsels.
Exponentielle Phase
Es folgt die exponentielle Phase. Hier ist das Wachstum proportional zur Population. Die Voraussetzungen für das exponentielle Wachstum sind unbegrenzte Ressourcen, wie zum Beispiel Nahrung, unbegrenzter Lebensraum und fehlende Einwirkung von Feinden. Daraus ergibt sich ein gleichmäßiger Anstieg der Kurve. In der Realität kommt ein unbegrenztes Wachstum allerdings nicht vor, da die Voraussetzungen nicht erfüllt werden können.
Stationäre Phase
Aufgrund dieser nicht eintretenden Situation gelangt man in die stationäre Phase. Hier sind die Voraussetzungen nicht mehr erfüllt, somit hält sich die Population vorerst in einer Waage. Im weiterenVerlauf kommt es zu Dichestress.
Ein Schutzmechanismus, der Überpopulation verhindert, ist der Stress. Wenn zu viele Individuen einer Art in einem bestimmten Lebensraum vorhanden sind, kommt es zum Stresssyndrom. Folgen davon sind:
· Vergrößerte Nebennierenrinde mit verstärktem Ausstoß von Adrenalin
· Wachstum, Vermehrung und Geschlechtsreife wird unterdrückt oder verzögert
· Bildung von Spermien und Eizellen wird verzögert; Embryonen werden teilweise abgestoßen
· Geringere Milchbildung bei Müttern => Verkümmerung der Jungen
· Anfälligkeit gegen Parasiten und Krankheitserreger steigt
· Extremfall: Kannibalismus
Absterbephase
Der Dichtestress und andere Faktoren leiten die Absterbephase ein. Die Population bricht zusammen, weil sie den Folgen des Dichtestresses erlegen sind. Diese Phasen wiederholen sich im Laufe der Zeit.
Die Folgen des Dichtestress leiten die Absterbephase ein.
Logistisches Wachstum
Logistisches Wachstum bedeutet, dass die Wachstumsrate veränderlich sein muss und mit zunehmender Populationsgröße abnehmen muss. Die Wachstumsrate hängt vor allem von der Versorgung von Ressourcen bzw. Nahrung ab. Wenn die Fruchtbarkeit geringer ist, nimmt auch die Populationsgröße ab, da die Geburtenrate abnimmt und die Sterberate zunimmt.
Gesetz des Minimums
Das Gesetz des Minimums befasst sich mit den Nährstoffen, die eine Pflanze zum Leben und Wachsen benötigt. Ist ein Nährstoff ins Minimum geraten, das heißt, dass er nicht mehr ausreichend verfügbar ist, sinkt das Wachstum oder es ist gar nicht mehr vorhanden. Der fehlende Nährstoff kann nicht durch die Erhöhung anderer Nährstoffe ausgeglichen werden. Ein optimales Wachstum kann nur enstehen, wenn alle Nährstoffe in einem ausgewogenen Gleichgewicht vorhanden sind.
Räuber-Beute-Schema
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Räuber-Beute-Schema
Die Populationen von Räubern und Beutetieren beeinflussen sich gegenseitig.
Räuber haben verschieden Strategien, um an Nahrung zu kommen. Die bekanntesten Räuber sind Jäger, wie zum Beispiel Marder oder Greifvögel. Spinnen gehören zu den Räubern, die ihrer Beute Fallen stellen. Tiere die im Wasser leben sind häufig Filtrierer. Weitere Strategien von Räubern sind Weidegänger oder Sammler.
Aber auch Beutearten haben verschieden Methoden entwickelt, um sich vor Räubern zu schützen. Pferde zum Beispiel besitzen einen Fluchtinstinkt. Andere Arten tarnen sich. Viele Pflanzen enthalten Bitterstoffe, um sich zu schützen.
Wechselwirkung der Populationen
Die Effektivität der Räuber bestimmt die Größe der Beutepopulation. Diese Räuber-Beute-Beziehungen sind wichtig, da die Beutepopulation sonst unbegrenzt anwachsen könnte.
Mäßig effektive Räuber
Bei mäßig effektiven Räubern kommt ein wechselseitiger Einfluss zweier Populationen vor. Je mehr Beute vorhanden ist, desto besser können sich die Räuber vermehren. Dann wird die Anzahl der Beutetiere soweit verringert, bis die Räuber nicht mehr genug Nahrung finden und schließlich verhungern. Anschließend nimmt die Beutepopulation wieder zu und der Kreislauf beginnt von neuem.
Modelle zur Räuber-Beute-Beziehung
Regelmäßige Schwankungen innerhalb zweier Populationen können auf Räuber-Beute-Beziehungen zurückzuführen sein (Wechselbeziehung). Allerdings beschränkt sich eine solche Wechselbeziehung eigentlich nicht nur auf zwei verschiedene Arten. Man kann diese Schwankungen in einem mathematischen Modell darstellen. Für die beteiligten Arten werden zuerst eigene Wachstumsgleichungen aufgestellt, die den wechselseitigen Einfluss der jeweils anderen Population berücksichtigen. Bekannte mathematische Modelle sind von Alfred Lotka und Vito Volterra. Diese haben einige Regeln aufgestellt:
Lotka-Volterra-Regel 1
Die beiden Populationsgrößen schwanken periodisch. Die Maxima und die Minima der Räuberpopulation folgen dabei denen der Beutepopulation.
Lotka-Volterra-Regel 2
Die beiden Populationsgrößen schwanken jeweils um einen Mittelwert, der bei unveränderten Bedingungen langfristig konstant bleibt.
Lotka-Volterra-Regel 3
Nach starker Dezimierung zweier beider Populationen erholt sich zuerst die Beutepopulation. Die Erholung der Räuberpopulation erfolgt zeitversetzt.
Wenn es diese Wechselbeziehung nicht geben würde, würde zum Beispiel die Beutepopulation unbegrenzt anwachsen. Das kommt daher, dass die Räuber die Sterblichkeit der Beute bestimmen.
Die Kieselalgen in unserem Versuch, waren keinerlei Feinden ausgesetzt. Daher konnten wir keine Räuber-Beute-Beziehungen feststellen. In der Realität wäre dieses anders, sie werden zum Beispiel vom Zooplankton gefressen. Allerdings ist es nicht möglich Kieselalgen in der freien Natur genau zu zählen.
