Populationsökologie der Tiere - Einführung und Demographie

Übungskarten zur Vorlesung Tierökologie: Populationsökologie der Tiere, Populationswachstum, r- und K-Strategien sowie Lebenstafeln.

Wie definierte Ernst Haeckel (1866) den Begriff „Ökologie“ und von welchem griechischen Wort leitet er sich ab?

Haeckel definierte Ökologie als „Lehre vom Haushalt der Natur“. Der Begriff leitet sich vom griechischen Wort „oikos“ für Heimat bzw. Wohnort ab.

Wie lautet die Definition der Ökologie nach Charles J. Krebs (1972)?

„Ökologie ist die wissenschaftliche Untersuchung jener Wechselwirkungen, welche die Verbreitung und Häufigkeit von Organismen bestimmen.“

Welche drei klassischen Teilgebiete der Ökologie werden unterschieden und worauf liegt ihr jeweiliger Schwerpunkt?

1. Autökologie: Einzelne Organismen, deren Abhängigkeit von und Anpassung an Umweltfaktoren.
2. Populationsökologie: Gruppen von Individuen einer Art (Demographie, räumliche Verteilung, Populationsregulation).
3. Synökologie (Community Ecology): Lebensgemeinschaften und Beziehungsgefüge verschiedener Populationen (Arten) in einem Lebensraum.

Warum führte die synchrone Bambusblüte im Jahr 1983 zu einem katastrophalen Massensterben beim Großen Panda?

Die Nahrung des Großen Pandas besteht zu $99\,\%$ aus Bambus. Bambus ist ein langlebiges Gras, das selten, aber im jeweiligen Gebiet synchron blüht und nach der Samenbildung abstirbt (Semelparie). Da der Mensch die Habitate isoliert und auf wenige Bambusarten reduziert hatte, führte eine zufällig synchrone Massenblüte der beiden Hauptnahrungsarten 1983 zu deren gleichzeitigem Absterben und damit zum Hungertod der Pandas.

Wie lauten die strenge und die erweiterte Definition einer Population?

Strenge Definition: Individuen einer Art, die miteinander in genetischem Austausch stehen. Erweiterte Definition: Individuen einer Art, die in einem Siedlungsgebiet leben und miteinander in Wechselwirkung treten (Konkurrenz, Territorialität, Brutpflege, sexuelle Beziehungen).

Über welche Prozesskette führt eine Überproduktion von Nachkommen zur Anpassung einer Population?

Überproduktion $\rightarrow$ Mortalität $\rightarrow$ Selektion $\rightarrow$ Anpassung.

Wie lautet die Differentialgleichung für das exponentielle Populationswachstum und unter welchen Bedingungen tritt es auf?

$\frac{dN}{dt} = rN$ Es tritt häufig auf, wenn Organismen konkurrenzfreie Räume neu besiedeln oder unbegrenzte Ressourcen zur Verfügung stehen.

Wie lautet die Differentialgleichung für das logistische Populationswachstum und welche biologische Bedeutung hat die Konstante $K$?

$\frac{dN}{dt} = rN \left(\frac{K - N}{K}\right)$$K$ stellt die Kapazität (Tragfähigkeit) des Lebensraumes dar, die durch abiotische und biotische Faktoren (Ressourcen, Konkurrenz, Feinddruck) das Wachstum begrenzt.

Wie lautet die Formel für die Pro-Kopf-Wachstumsrate im logistischen Modell und wie verändert sie sich mit wachsender Populationsgröße $N$?

$\frac{dN}{dt} \left(\frac{1}{N}\right) = r \left(1 - \frac{N}{K}\right)$ Die Pro-Kopf-Wachstumsrate nimmt mit steigendem $N$ linear ab und erreicht bei $N = K$ den Wert $0$.

Bei welcher Populationsgröße $N$ erreicht die absolute Zuwachsrate $\frac{dN}{dt}$ im logistischen Wachstumsmodell ihr Maximum?

Bei der halben Umweltkapazität: $N = \frac{K}{2}$.

Was bewirkte beim Kormoran (Phalacrocorax carbo) in der Schweiz die Verschiebung der Kapazitätsgrenze nach dem Einpendeln bei rund $9000$ Tieren?

Veränderte Umweltfaktoren: Ein reduzierter Nährstoffeintrag in die Gewässer führte zu einem geringeren Nahrungsangebot (weniger Fische), wodurch sich die Kapazität des Lebensraumes auf ein niedrigeres Niveau einpendelte.

Worin liegt der Unterschied zwischen Brutfürsorge und Brutpflege?

Brutfürsorge umfasst alle Verhaltensweisen vor der Eiablage oder Geburt, die optimale Überlebenschancen sichern (z. B. Nestbau). Brutpflege bezeichnet das aktive Pflegen, Füttern und Versorgen der Nachkommen über die Geburt bzw. Eiablage hinaus.

Welche Unterschiede bestehen zwischen r-Strategen und K-Strategen hinsichtlich Individualentwicklung, Fortpflanzungsbeginn, Wurfgröße und elterlicher Fürsorge?

r-Strategen weisen eine rasche Individualentwicklung, einen frühen Fortpflanzungsbeginn, große Wurfgrößen und eine geringe elterliche Fürsorge auf. K-Strategen zeichnen sich durch eine langsame Individualentwicklung, einen späten Fortpflanzungsbeginn, kleine Wurfgrößen und eine ausgeprägte elterliche Fürsorge aus.

Wie lässt sich die exponentielle Wachstumsfunktion $N(t) = N_0 \cdot e^{rt}$ linear darstellen?

Durch Logarithmieren beider Seiten: $\ln(N(t)) = \ln(N_0) + rt$ Aufgetragen gegen die Zeit $t$ ergibt dies eine Gerade mit der Steigung $r$ und dem Schnittpunkt $\ln(N_0)$.

Wie lautet die demographische Grundgleichung für die Populationsgröße zum Zeitpunkt $t+1$?

$N_{t+1} = N_t + B + I - D - E$ ($B = \text{Geburten}$, $I = \text{Immigration}$, $D = \text{Todesfälle}$, $E = \text{Emigration}$).

Was bedeuten die Begriffe „annuell“, „perenn“, „semelpar“ und „iteropar“?

• Annuell: Einjähriger Lebenszyklus (maximal 1 Jahr).
• Perenn: Mehrjähriger Lebenszyklus.
• Semelpar: Einmalige Fortpflanzung im Laufe des Lebens.
• Iteropar: Mehrmalige Fortpflanzung im Laufe des Lebens.

Was bezeichnen die Begriffe „univoltin“ und „bivoltin“?

Univoltin bezeichnet Arten mit einer Generation pro Jahr; bivoltin bezeichnet Arten mit zwei Generationen pro Jahr.

Welches Muster zeigt die altersabhängige Prädation durch Wölfe beim Dickhornschaf (Ovis canadensis)?

Wölfe erbeuten vorrangig Jungtiere im ersten Lebensjahr sowie alte Schafe (ab ca. 8–10 Jahren). Gesunde Schafe im Alter zwischen 2 und 7 Jahren werden kaum erbeutet.

Welche Kosten der Reproduktion treten bei der Rothirschkuh (Cervus elaphus) auf, wenn sie im Vorjahr ein Kalb aufgezogen hat?

Rothirschkühe, die im Vorjahr ein Kalb geführt haben, zeigen im Folgejahr eine geringere, altersabhängige Fertilität und eine deutlich höhere, mit dem Alter ansteigende Mortalitätsrate im Vergleich zu Kühen ohne Kalb.

Was unterscheidet eine Kohorten-Lebenstafel von einer stationären Lebenstafel?

Eine Kohorten-Lebenstafel verfolgt eine zum selben Zeitpunkt geborene Gruppe (Kohorte) von der Geburt bis zum Tod des letzten Individuums (erfordert Individualerkennung). Eine stationäre Lebenstafel erfasst die Altersstruktur einer Population zu einem festen Zeitpunkt unter der Annahme gleichbleibender Geburten- und Sterberaten.

Welche methodischen Ansätze zur Analyse von Populationen werden in diesem Diagramm gegenübergestellt?

Die Kohorten-Lebenstafel (diagonal markiert: Verfolgung einer Kohorte von der Geburt an über die Zeit) und die stationäre Lebenstafel (vertikal markiert: Erfassung aller Altersklassen innerhalb eines definierten Zeitabschnitts).

Wie ist die Nettoreproduktionsrate $R_0$ definiert und wie wird sie mathematisch berechnet?

$R_0$ ist die mittlere Anzahl an Nachkommen, die ein Individuum im Laufe seines Lebens hervorbringt (Populationswachstum pro Generation): $R_0 = \sum l_x m_x = \frac{\sum F_x}{a_0}$ ($l_x = \text{Überlebenswahrscheinlichkeit}$, $m_x = \text{altersbezogene Fekundität}$, $F_x = \text{produzierte Jungtiere}$, $a_0 = \text{Ausgangskohortengröße}$).

Wie lässt sich die intrinsische Wachstumsrate $r$ näherungsweise aus der Nettoreproduktionsrate $R_0$ und der Generationszeit $G$ bestimmen?

$r \approx \frac{\ln(R_0)}{G}$ wobei die Generationszeit geschätzt wird als: $G \approx \frac{\sum x l_x m_x}{\sum l_x m_x}$

Wie unterscheiden sich die Begriffe Natalität, Fertilität und Fekundität?

• Natalität: Geburtenzahl bezogen auf die gesamte Population.
• Fertilität: Geburtenzahl pro Weibchen der Population.
• Fekundität: Geburtenzahl eines einzelnen Weibchens.

Welche Merkmale und Beispiele kennzeichnen eine Typ-I-Überlebenskurve?

Geringe Mortalität im Jugend- und Adultstadium mit einem steilen Anstieg des Sterberisikos gegen Ende der physiologischen Lebensspanne (konvexe Kurve). Typisch für Menschen in Industrieländern, Großsäuger, Haus- und Zootiere.

Was charakterisiert eine Typ-II-Überlebenskurve?

Eine über alle Altersklassen hinweg konstante Mortalitätsrate, was bei halblogarithmischer Auftragung ($\log_{10}(l_x)$ gegen das Alter) eine Gerade ergibt (z. B. beim Weißstorch Ciconia ciconia, Singvögeln oder Samen in Samenbanken).

Welche Merkmale und Beispiele kennzeichnen eine Typ-III-Überlebenskurve?

Sehr hohe Mortalität im Eistadium und bei Jungtieren/Juvenilen; bei Erreichen einer bestimmten Größe oder eines Alters sinkt das Sterberisiko drastisch (konkave Kurve). Dies ist die häufigste Kurvenform bei Pflanzen, Fischen und vielen Wirbellosen.

Wie wurde die stationäre Lebenstafel für die fossile Dinosaurierart Psittacosaurus lujiatunensis rekonstruiert?

Das Alter der Fossilien wurde anhand der Femurlänge geschätzt, die stark mit der Anzahl jährlicher Knochenwachstumslinien korrelierte. Die abgeleitete Überlebenskurve zeigte hohe Jugendsterblichkeit, gefolgt von einer Phase stabilen Überlebens und abermals steigender Mortalität ab Erreichen der Geschlechtsreife.