Umweltbeständigkeit: Faktoren und Beispiele

Umweltresistenz sind die Faktoren, die zusammen das Wachstum einer natürlichen Bevölkerung begrenzen. Diese können von der Bevölkerungsdichte abhängen, beispielsweise von Wettbewerb, Zerstörung, Parasitismus oder Umweltqualität. Sie können auch unabhängig von Dichte wie Katastrophen oder klimatischer Saisonalität sein.

Ohne Umweltregulierungsfaktoren würde jede natürliche Bevölkerung entsprechend ihrem biotischen Potenzial exponentiell wachsen. Die Auswirkungen von Umweltresistenzen begrenzen jedoch das Bevölkerungswachstum und führen zu einem Gleichgewicht.

Die unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen den Faktoren, die das Bevölkerungswachstum umweltschonend beeinflussen, führen zu einer sehr unterschiedlichen Bevölkerungsdynamik.

Im Allgemeinen erreichen Populationen ein dynamisches Gleichgewicht, das grafisch in Kurven dargestellt wird, die um einen Gleichgewichtswert schwingen.

Was ist die Umweltbeständigkeit?

Das einfachste Modell der Populationsdynamik geht davon aus, dass unter optimalen Umweltbedingungen die Anzahl der Individuen entsprechend dem biotischen Potenzial der Bevölkerung zunimmt.

Das heißt, die Pro-Kopf- Wachstumsrate (r) ist unabhängig von der Bevölkerungsgröße immer gleich. Unter diesen Voraussetzungen wäre das Bevölkerungswachstum exponentiell.

In der Natur können Populationen in einer Anfangsphase exponentiell wachsen, diese Dynamik jedoch nicht unendlich beibehalten. Es gibt Faktoren, die das Wachstum dieser Population begrenzen oder regulieren. Die Summe dieser Faktoren wird als Umweltresistenz bezeichnet.

Faktoren, die eine Umweltresistenz ausüben, verringern die Pro-Kopf- Wachstumsrate, wenn sich die Bevölkerung ihrer optimalen Größe nähert, besser bekannt als Tragfähigkeit.

Diese Dynamik erzeugt ein logistisches Wachstum, das im Allgemeinen ein dynamisches Gleichgewicht mit stabilen periodischen Schwankungen um die Tragfähigkeit (K) erreicht.

Faktoren der Umweltbeständigkeit

-Unabhängig

Wenn die Faktoren, die Umweltbeständigkeit erzeugen, von der Dichte der Individuen unabhängig sind, spricht man von einer starken Unabhängigkeit.

Einige Faktoren, die von der Dichte unabhängig sind, können mit der Jahreszeit periodisch auftreten, z. B. Feuer, Dürre, Überschwemmungen oder Frost. Diese greifen in die Regulierung der Populationsgröße ein.

Indem sie sie Jahr für Jahr neu konstituieren, üben sie einen konstanten selektiven Druck aus, der gelegentlich zu spezifischen Anpassungen bei Einzelpersonen geführt hat, die es ihnen ermöglicht haben, ihre Eignung zu steigern und trotz ihrer regulatorischen Wirkung Jahr für Jahr zu überleben.

Andere Effekte, die von der zufälligen Dichte abhängen, wie extreme Klimaveränderungen, Vulkanausbrüche und andere Naturkatastrophen, können zu sprunghaften Veränderungen in der Bevölkerung führen. Sie können die Populationsgröße nicht auf einem konstanten Niveau oder an einem Punkt des Gleichgewichts halten.

-Abhängige Menschen

Wenn die Faktoren, die das Bevölkerungswachstum regulieren, von der Dichte der Individuen abhängen, werden sie als densodependent bezeichnet. Diese Faktoren können abiotisch oder biotisch sein.

Abiotische Faktoren

Abiotika-abhängige Faktoren der Umweltresistenz sind solche, die auftreten, wenn die Zunahme der Populationsgröße die physikalisch-chemischen Bedingungen des Lebensraums verändert.

Zum Beispiel kann eine hohe Bevölkerungsdichte die Ansammlung von schädlichen Abfällen erzeugen, die das Überleben oder die Reproduktionsrate von Individuen verringern.

Biotische Faktoren

Die biotischen Faktoren sind diejenigen, die aus der Wechselwirkung zwischen Individuen einer Art oder verschiedener Arten resultieren. Zum Beispiel Konkurrenz, Raub und Parasitismus.

Wettbewerb

Wettbewerb ist gegeben, wenn die lebenswichtigen Ressourcen, die von Individuen derselben Art oder verschiedener Arten verwendet werden, begrenzt sind. Einige begrenzende Ressourcen können unter anderem Nährstoffe, Wasser, Territorium, Schutz vor Raubtieren, Individuen des anderen Geschlechts und Licht sein.

In dem Maße, in dem die Bevölkerung wächst, sinkt die Verfügbarkeit von Ressourcen pro Kopf, was die Fortpflanzungsrate des Einzelnen und das Bevölkerungswachstum verringert. Dieser Mechanismus erzeugt eine Dynamik des logistischen Wachstums.

Predation

Prädation ist eine Art Interaktion zwischen Arten, bei der ein Individuum einer Art (Raubtier) ein Individuum einer anderen Art (Beute) jagt, um es als Nahrung zu konsumieren. Bei dieser Art der Interaktion übt die Dichte jeder Population eine Regulierung über die andere aus.

In dem Maße, in dem die Beute an Populationsgröße zunimmt, nimmt die Population des Raubtiers aufgrund der Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln zu. Indem jedoch die Dichte der Raubtiere erhöht wird, nimmt die Population der Beute aufgrund eines Anstiegs des Raubdrucks ab.

Diese Art der Interaktion erzeugt Bevölkerungswachstumskurven, deren Gleichgewicht dynamisch ist. Eine statische Populationsgröße in der Tragfähigkeit wird nicht erreicht, aber die Populationen schwingen ständig um diesen Wert.

Parasitismus

Parasitismus ist eine Interaktion, durch die ein Individuum einer Art (Parasit) von den Individuen einer anderen Art (Wirt) profitiert und deren Überlebens- oder Reproduktionswahrscheinlichkeit verringert. In diesem Sinne wird es auch als Bevölkerungsregulierungsmechanismus angesehen.

Die Interaktion zwischen Parasiten und Wirten kann eine Dynamik erzeugen, die der von Raubtieren und Beutetieren ähnelt. Die Vielfalt der Arten von Parasito-Wirt-Wechselwirkungen in der Natur ist jedoch unendlich, daher kann auch eine komplexere Dynamik erzeugt werden.

-Interaktionen

In der Natur wirken die abhängigen und unabhängigen Effekte der Dichte bei der Regulation der Populationen zusammen und erzeugen eine große Vielfalt von Mustern.

Eine Population kann aufgrund von dichteabhängigen Faktoren in der Nähe der Tragfähigkeit bleiben und schließlich aufgrund einer von der Dichte unabhängigen Naturkatastrophe einen plötzlichen Rückgang erfahren.

Beispiele

Bakterienwachstum

Wenn ein bakterielles Inokulum in ein Kulturmedium ausgesät wird, kann eine vierphasige Wachstumskurve beobachtet werden. In dieser Kurve sehen Sie deutlich das anfängliche exponentielle Wachstum und den Effekt der Umweltregulierung.

Es zeigt sich zunächst eine stationäre Phase und schließlich eine Abnahme der Bevölkerungszahl.

In der ersten Phase der Anpassung vermehren sich Bakterien nicht, sondern synthetisieren RNA, Enzyme und andere Moleküle. Während dieser Phase ist kein Bevölkerungswachstum zu beobachten.

In der nächsten Phase erfolgt die Zellteilung. Die Bakterien vermehren sich durch binäre Fusion, eine Zelle wird in zwei Tochterzellen aufgeteilt.

Dieser Mechanismus erzeugt ein exponentielles Wachstum, bei dem sich die Bevölkerungsgröße in jedem aufeinanderfolgenden Zeitraum verdoppelt. Diese Phase kann jedoch nicht unendlich fortgesetzt werden, da die Nährstoffe des Mediums zu begrenzen beginnen.

Die dritte Phase der Kurve ist stationär. Der Abbau von Nährstoffen und die Anreicherung von Toxinen führen dazu, dass das Bevölkerungswachstum reduziert wird, bis ein konstanter Wert für die Anzahl der Bakterien erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Produktionsrate neuer Bakterien mit der Rate des bakteriellen Todes ausgeglichen.

In der Endphase der Kurve nimmt die Anzahl der Bakterien abrupt ab. Dies geschieht, wenn alle Nährstoffe im Kulturmedium aufgebraucht sind und die Bakterien absterben.

Luchse und Hasen

Das typische Beispiel für die Populationsregulierung zwischen Raubtier- und Beutepopulationen sind Luchse und Hasen. Eine Abnahme der Populationsgröße der Hasen führt zu einer Abnahme der Anzahl der Luchse.

Eine geringere Anzahl von Luchsen verringert den Raubdruck der Hasen und führt zu einer Zunahme der Anzahl von Luchsen.

Es ist zu berücksichtigen, dass in der Populationsdynamik von Hasen auch die Verfügbarkeit von Futter für diese eine Rolle spielt.

Lemminge

Eine interessante Fallstudie findet sich bei den Lemmingen in Grönland. Die Population dieser Säugetiere wird von vier Raubtierarten reguliert: einer Eule, einem Fuchs, einer Vogelart und dem Hermelin ( Mustela erminea ).

Die ersten drei sind opportunistische Raubtiere, die sich nur dann von Lemmingen ernähren, wenn sie reichlich vorhanden sind. Das Hermelin ernährt sich ausschließlich von den Lemmingen.

Diese Wechselwirkung zwischen den verschiedenen regulatorischen Faktoren erzeugt periodische Schwankungen im Bevölkerungswachstum, die in den Lemmingen Zyklen von vier Jahren erzeugen. Diese Dynamik kann auf folgende Weise erklärt werden.

Wenn Lemminge in geringer Populationsgröße gefunden werden, werden sie nur von Hähnen gejagt. Durch einen relativ geringen Raubdruck nimmt die Populationsgröße rasch zu.

Opportunistische Raubtiere fangen an, sie häufiger zu jagen, indem sie die Population der Lemminge erhöhen. Auf der anderen Seite erhöhen Hermine auch ihre Populationsgröße, da die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln erhöht ist. Diese Situation erzeugt eine dichteabhängige Grenze für die Population von Lemmingen.

Die Zunahme der Anzahl der Raubtierarten und der Größe ihrer Populationen erzeugt einen sehr starken Raubdruck auf die Lemminge, wodurch die Populationsgröße abrupt abnimmt.

Dieser Rückgang der Beute spiegelt sich in einer Verringerung der Bestandsgröße von Wasserhähnen im folgenden Jahr wider, die auf einen Rückgang der Nahrungsmittel zurückzuführen ist, wodurch ein neuer Zyklus entsteht.

Unterschied mit biotischem Potenzial

Das biotische Potenzial ist die maximale Wachstumsfähigkeit einer natürlichen Bevölkerung unter optimalen Umweltbedingungen.

Beispielsweise sind die Umgebungsbedingungen für Feuchtigkeit, pH-Wert und Temperatur günstig, wenn die Nahrung reichlich vorhanden ist, und ihre Individuen sind keinen Raubtieren oder Krankheiten ausgesetzt.

Dieses Populationsmerkmal wird durch die Fortpflanzungsfähigkeit von Individuen (in der Regel von Frauen) bestimmt, dh durch die Anzahl der Nachkommen, die sie während ihres gesamten Lebens produzieren können. Dies hängt vom Alter der ersten Fortpflanzung und der Anzahl der Nachkommen ab Kinder in jedem reproduktiven Ereignis und die Häufigkeit und Menge dieser Ereignisse.

Das biotische Potenzial einer Bevölkerung wird durch Umweltresistenz begrenzt. Das Zusammenspiel beider Konzepte erzeugt die Tragfähigkeit.