Populationsdynamik

Populationsdynamik bei Fischen

Damit Du Dir das Ganze besser vorstellen kannst, wird als Beispiel eine Fischpopulation betrachtet. Damit der Begriff Population passt, werden nur Individuen einer Fischart in einem See, also einem abgeschlossenem Gebiet, betrachtet. Beobachtet man jetzt die Fischpopulation über einen bestimmten Zeitraum, stellt man fest, dass die Anzahl der Fische jeden Monat ein wenig schwankt.

Das ist auch logisch, schließlich werden einige Fische gefressen, andere werden krank und sterben, wieder andere werden neu geboren. So kommt es dazu, dass in einem Monat vielleicht etwa 1500 Fische gezählt werden können, im nächsten 1800 und im dritten Monat dann 1400. Daraus ergibt sich bereits eine kleine Analyse der Populationsdynamik dieser Fischpopulation.

Populationsdynamik einfach erklärt

Einfach gesagt: Bei der Populationsdynamik wird die Veränderung innerhalb einer Population in einem bestimmten zeitlichen Rahmen betrachtet. Beeinflusst wird die Populationsdynamik durch dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren. Diese werden Dir im folgenden Abschnitt noch einmal genauer erklärt.

Populationsdynamik — Einflussfaktoren

Die Faktoren, die das Wachstum einer Population beeinflussen, können in dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren unterteilt werden.

Dichteabhängige Faktoren — Definition Biologie

Dichteabhängige Faktoren sind:

• Intraspezifische Konkurrenz: Individuen in einer Population kämpfen gegenseitig um Ressourcen wie Platz oder Nahrung.

• Sozialer Stress: Wenn verschiedene Tiere auf einem Raum zusammenleben, kommt es unweigerlich zu Begegnungen und häufig zu Aggressionen. Ist eine hohe Dichte an Populationen vorhanden, so wird der Stress immer größer und kann nicht nur die Anzahl der Konflikte erhöhen, sondern auch zu psychischen Problemen bei den Tieren selbst führen.

• Fressfeinde: Die Anzahl der Fressfeinde beeinflusst die Anzahl der Beute und umgekehrt. Ist die Anzahl der Individuen der Beutepopulation höher, so können die Fressfeinde mehr jagen und dementsprechend mehr Junge großziehen. Diese wiederum erhöhen den Druck auf die Beute.

• Ansteckende Krankheiten und Parasiten: Infektionskrankheiten breiten sich bei einer höheren Dichte einer Population schneller aus und können so eine Epidemie auslösen. Auch Parasiten breiten sich bei vielen Individuen auf engem Raum schneller aus.

Dichteunabhängige Faktoren — Definition Biologie

Zu den dichteunabhängigen Faktoren gehören:

• Wetter: Das Wetter bestimmt viele wichtige Umwelteinflüsse. Dazu gehört zum Beispiel die Temperatur, die über den Tag hinweg und auch über die Jahre schwankt. Aber auch der Niederschlag, der den Wasserkreislauf schließt und damit eine wichtige Rolle für das gesamte Ökosystem spielt. Weitere Faktoren sind natürlich auch der Wind und die Sonneneinstrahlung.

• Boden: Ähnlich wie auch das Wetter ist der Boden für viele Populationen ein essenzieller Faktor des Lebensraumes. Dabei kommt es beispielsweise darauf an, wie locker oder dicht der Boden ist, oder welche und wie viele Mineralien in ihm stecken.

• Umweltkatastrophen: Umweltkatastrophen sind anders als das Wetter (zumindest im Normalfall) kaum vorherzusehen, insbesondere für Tier- und Pflanzenpopulationen. So können Katastrophen wie Vulkanausbrüche, extreme Unwetter oder Überschwemmung verheerend für eine Population sein und sie im schlimmsten Fall sogar auslöschen.

• Unspezifische Fressfeinde: Damit sind Fressfeinde gemeint, die normalerweise eine andere Beute jagen, als die betroffene Population. Daher wird dieser Punkt zu den dichteunabhängigen Faktoren gezählt, da im Normalfall die Dichte dieser Feind-Population keine Auswirkungen auf die betrachtete Population hat.

• Interspezifische Konkurrenz: Zwei Populationen, die ähnliche Ansprüche an die Ressourcen und die Nahrung eines Gebietes haben, können trotzdem relativ unabhängig voneinander sein, sofern sie verschiedene ökologische Nischen besetzen.

• Nicht ansteckende Krankheiten: Diese zählen ebenfalls zu den dichteunabhängigen Faktoren, da sie nicht durch die Dichte einer Population ausgebreitet werden können. Stattdessen sind sie einfach nur Zufallsereignisse, die nicht durch eine höhere Dichte wahrscheinlicher werden.

• Pestizide: Pestizide, wie sie vom Menschen in der Landwirtschaft eingesetzt werden, können, ähnlich wie Umweltkatastrophen, eine Population extrem verkleinern oder ganz ausrotten.

Populationswachstum — Biologie Grundformen

Die Populationsdynamiken lassen sich zudem noch in das sogenannte Ein-Spezies-Modell und in Multispeziesmodelle unterteilen.

Ein-Spezies-Modell

Das Ein-Spezies-Modell ist ein relativ simples Modell, welches die Entwicklung einer einzelnen Population vor allem unter dichteabhängigen Faktoren betrachtet und sie (mathematisch) darstellt. In diesem Artikel wird allerdings nur die Entwicklung einer Modellpopulation an betrachtet, ohne die mathematischen Hintergründe dabei zu thematisieren.

Abbildung 1: Entwicklung einer Modellpopulation.Quelle: wikipedia.org

Man unterscheidet bei den Wachstumsphasen einer Population vier Abschnitte, wobei Abschnitte II bis IV allgemein zusammengefasst werden können. Im folgenden wird Dir die Abbildung des Kurvenverlaufs noch genauer erklärt.

Phase I: Lag-Phase

Abschnitt I zeigt die Lag-Phase. Während dieser Phase ist die Geburtenrate etwa genauso hoch wie die Sterberate. Die Population beginnt erst damit sich aufzubauen, und muss sich noch kaum mit dichteabhängigen Faktoren herumschlagen. Es gibt keine Konkurrenz, da aufgrund der niedrigen Anzahl von Individuen genug Ressourcen vorhanden sind, und durch die geringe Dichte kann die Population auch nicht so leicht durch Infektionskrankheiten ausgerottet werden. Dafür bleibt auch die Geburtenrate zunächst niedrig, weil sich die wenigen Individuen der Population nur durch Zufälle über den Weg laufen.

Phase II bis IV: Positives Wachstum

Abschnitt II bis IV zeigt die Phase des positiven Wachstums. Dieser Abschnitt kann noch weiter in exponentielles Wachstum (Phase II), lineares Wachstum (Phase III) und verzögertes Wachstum (Phase IV) unterteilt werden. In jedem Fall bleibt die Geburtenrate während dieser Zeit höher als die Sterberate, da für die Population nach wie vor optimale Bedingungen zur Ausbreitung gegeben sind und durch die steigende Dichte mehr Junge geboren werden. Jedoch nehmen mit steigendem Wachstum auch die innerartlichen Konflikte zu, wodurch die Geburtenrate am Ende dieser Phase wieder langsam absinkt.

Phase V: Stationäre Phase

Abschnitt V zeigt die stationäre Phase. Die Sterberate ist nun wieder genauso hoch wie die Geburtenrate, da die dichteabhängigen Faktoren bei immer höherer Dichte das Wachstum beeinträchtigen. Die Ressourcen wie Nahrung und Platz werden vollständig ausgeschöpft.

Phase VI: Absterbephase

Abschnitt VI zeigt schließlich die Absterbephase. In dieser ist die Sterberate höher als die Geburtenrate. Dadurch kann es insbesondere bei kleinen Populationen dazu kommen, dass sie ausstirbt. Ändern sich die Umstände, beispielsweise durch verbesserte Umweltveränderungen, kann die Population sich wieder langsam aufbauen.

Multispeziesmodell

Multispeziesmodelle sind komplexere Modelle, die die Populationen verschiedener Spezies gleichzeitig analysieren. Dieser Artikel beschäftigt sich aber nur mit einem Zwei-Spezies-Modell: Den Lotka-Volterra-Regeln.

Erste Lotka-Volterra-Regel – Periodische Populationsschwankung

Abbildung 2: Darstellung der zeitlich versetzten Schwankungen.Quelle: wikipedia.org

Die Populationen der Beute und der Räuber sind periodischen Schwankungen ausgesetzt, die aber stets zeitversetzt stattfinden. Dabei ist es immer die Beutepopulation, die zuerst ihr Maximum erreicht, bis die Räuberpopulation schließlich folgen kann. Schließlich muss zuerst viel Beute gegeben sein, damit die Räuber genug fressen können und somit ihre nächste Generation aufziehen können.

Bis die neue Generation aber ausgewachsen ist, vergeht erst eine gewisse Zeit. Wenn dann schließlich viele Räuber weniger Beute jagen, kommt es zu Nahrungsknappheiten, wodurch wieder mehr Räuber sterben. In dieser Zeit kann die Beute sich wieder mehr ausbreiten. So wird dieser Kreislauf immer weiter fortgesetzt.

Zweite Lotka-Volterra-Regel – Konstanz der Mittelwerte

Wenn auch die Größe der Population immer wieder schwankt, so bleibt der Mittelwert stets auf der gleichen Höhe. Dabei ist zu beachten, dass der Mittelwert der Beute immer etwas höher ist als der der Räuber, da ein Räuber nicht nur eine Beute jagt, um satt zu werden. Im Durchschnitt gibt es über einen längeren Zeitraum also immer mehr Beute als Räuber.

Dritte Lotka-Volterra-Regel – Störung der Mittelwerte

Wenn die Population von Beute und Räubern durch eine unerwartete Veränderung (z. B. eine Naturkatastrophe) stark verringert wird, wird die Beutepopulation sich immer schneller erholen können als die Räuberpopulation. Dies schließt an beide vorherigen Regeln an, da ein Räuber nur dann seine Population erhöhen kann, wenn mehr Beute vorhanden ist.

Populationsdynamik am Beispiel der Feldmaus

Im Folgenden soll die Populationsdynamik am Beispiel von Feldmauspopulationen noch einmal anschaulicher erläutert werden.

Ausgangslage

Ein relativ großes Problem bei Feldmäusen sind die Massenvermehrungen. Diese führen vor allem in der Land- und Forstwirtschaft zu wirtschaftlichen Verlusten. Gibt es ein ausreichend hohes Nahrungsangebot, steigt die Populationsgröße ziemlich schnell stark an.

In Bezug auf die Populationsdynamik wird bei (Feld-) Mäusen häufig die Räuber-Beute-Beziehung mit ihren natürlichen Fressfeinden, den Adlern betrachtet.

Erste Lotka-Volterra-Regel

Nach der ersten Lotka-Volterra-Regel würden sich Adler nur von Feldmäusen ernähren und diese wiederum nur von Adlern gefressen werden – das entspricht natürlich nicht der Realität. Aber angenommen, es wäre so, dann würden sich die Adler vermehren, wenn es viele Mäuse gibt. Wodurch sich wiederum die Mäusepopulation verringern würde. Dadurch sinkt auch die Adlerpopulation, da sie nicht mehr genügend Futter finden können. In der Zeit kann sich die Population der Mäuse wieder erholen und dann geht das Ganze wieder von vorne los.

Zweite Lotka-Volterra-Regel

Um beim Maus-Adler-Beispiel zu bleiben: Bei der ersten Lotka-Volterra-Regel konntest Du sehen, dass die Räuber-Beute-Beziehung zwischen den beiden Arten in Zyklen verläuft. Dadurch schwanken beide Populationen immer wieder. Allerdings ist die durchschnittliche Anzahl der Tiere immer gleich. Die Anzahl regeneriert sich nach jedem Zyklus wieder. Die Population der Beute – in diesem Beispiel also die der Feldmäuse – ist jedoch grundsätzlich höher als die der Räuber.

Dritte Lotka-Volterra-Regel

Bezogen auf die Ausgangslage von oben: Würden die Populationen von Feldmäusen und Adlern z. B. durch Pestizide verringert werden, dann erholen sich die Feldmauspopulationen schneller als die der Adler – allein schon, weil sie sich viel schneller vermehren und ihnen mehr Nahrung zur Verfügung steht. Die Adler müssten in dieser Konstellation quasi erst einmal darauf "warten", dass es wieder ausreichend Feldmäuse als Nahrungsquelle gibt.