Anforderung an die Lehre

Bachelor-Studiengänge Vermittlung fachlicher Grundlagen (in deutscher oder englischer Sprache), sodass ein Einstieg in eine berufliche Tätigkeit bzw. eine Vertiefung in einem Master-Studiengang vorbereitet ist. Kenntnissen, Fähigkeiten und Methoden sollen - zu wissenschaftlicher Arbeit, - zur Erarbeitung und Anwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse und Methoden, - zur kritischen Beurteilung wissenschaftlicher Erkenntnis und - zu verantwortlichem Handeln befähigen.

Anforderung an die Lehre

Master-Studiengänge Verbreiterung und Vertiefung der im Bachelor-Studiengang erworbenen Kenntnisse werden (in deutscher oder englischer Sprache). Dies soll - zur Behandlung komplexer Fragestellungen und - zur selbstständigen wissenschaftlichen Arbeit befähigen.

Neutrale und Nischentheorie der Koexistenz in Artengemeinschaften

Antonis Chatzinotas Helmholtz Zentrum für Umweltforschung – UFZ

Department Umweltmikrobiologie antonis.chatzinotas@ufz.de

als download auf

https://www.ufz.de/index.php?de=39070

23.01.2019

Welche Faktoren und Prozesse prägen die Struktur von Artengemeinschaften?

Warum können so viele Arten koexistieren?

Inhalt

• Historische Entwicklung des Nischenkonzeptes/-theorie • Anfänge im 20. Jahrhundert • Gause und das Konkurrenzausschlussprinzip • Die Nische als multidimensionaler Hyperraum

• Neutrale Theorie nach Hubbell • Hauptannahmen

• Zusammenfassung

• Literatur für das Selbststudium

Nische – Erste Erwähnung

Joseph Grinnell (1913) Alle biotischen und abiotischen Faktoren, die die Existenz einer Art an einem bestimmten Ort bedingen > Anforderungen einer Art an ihren Lebensraum

Grinnell J & Swarth HS (1913) University of California Press

Ökologische Nische

Charles Elton (1927)

• Ökologische Nische • Funktionelle Komponente, insbesondere Bezug zu

Ressourcen und Räubern • Position in Nahrungsketten und Nahrungsnetzen

> Jede Art hat eine bestimmte Aufgabe

Elton, C. S. (1927) Animal ecology

Das Problem der Koexistenz

Georgyi Frantsevich Gause (1930er) Können zwei Arten gleichzeitig eine identische Nische besetzen?

Tage

Getrennte Kulturen

Rela

tive

Popu

latio

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chte

Icon

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Paramecium aurelia

Paramecium caudatum

Gause GF (1934), Science 79: 16-17

Tage

Co-Kultur

Das Problem der Koexistenz

Georgyi Frantsevich Gause (1930er) Konkurrenzausschlussprinzip (competitive exclusion) Zwei Arten können nicht auf Dauer gleichzeitig eine identische Nische mit einer limitierenden Ressource besetzen.

Gause GF (1934), Science 79: 16-17

Co-Kultur

Rela

tive

Popu

latio

nsdi

chte

Tage

Formalisierung des Nischenkonzeptes

George E. Hutchinson (1957) • n-dimensionaler Hyperraum: Gesamtheit aller

abiotischen und biotischen Umweltfaktoren

• Vielfältige Ansprüche ermöglichen Koexistenz

• Dynamisch, da durch andere Arten beeinflusst

> Ökologische Anforderung einer Art & funktionelle Rolle in der Gemeinschaft

Feuc

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Nährstoffe

Hutchinson GE (1957) Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 22:415–27

Konkurrenzausschluss, Nischen und Koexistenz?

Tage

Abun

danz

Konkurrenz- fähigkeit

Icons by ProSymbols from Noun Project

Tage

Nischen- unterschiede

Was passiert wenn alle Arten gleich sind?

Vereinheitlichte Neutrale Theorie

Stephen P. Hubbell (2001): The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography • Alle Arten sind ökologisch identisch • Nischen überlappen sich komplett • Konkurrenzfähigkeit aller Individuen aller Arten ist gleich • Umwelt ist homogen • Gilt für Individuen einer trophischen Ebene

Individuen sterben

• Gleichheit kombiniert mit Stochastischen Prozessen: Vermehrungs-, Sterbe-, Migrations-, Mutationsraten betreffen zufällige Individuen unabhängig von ihrer Art

Vereinheitlichte Neutrale Theorie

Regional

Lokal

Mutation Artbildung

Migration aus dem Regionalpool

Lokale Vermehrung

Wie entsteht eine hohe Diversität?

Stochastische Prozesse Lokal ≠ Regional

Ökologischer Drift > Koexistenz nicht stabil

Zusammenfassung

• Historische Entwicklung des Nischenkonzept • Von „Anforderung an den Lebensraum“ zu „Hyperraum“

und „funktionelle Rolle in der lokalen Gemeinschaft“ • Nischentheorie: Koexistenz von Arten wird bedingt durch

• Wettbewerb untereinander • Unterschiede und Ausmaß der Nischenüberlappung

• Neutrale Theorie • „Alle Arten ökologisch gleich“ - Starke Vereinfachung! • Beinhaltet weitere (stochastische) Prozesse • Ökologischer Drift führt zu unstabiler Koexistenz • Eine gute Nullhypothese, um zu testen, welche

Unterschiede tatsächlich wichtig sind!

Hausaufgabe

Wie könnte man mit Bakterien die Neutrale und die Nischentheorie testen?

DOLLY

Literatur - Selbststudium

Harpole, W. (2010) Neutral theory of species diversity. Nature Education Knowledge 3(20):60 Levine, J. M. & HilleRisLambers, J. (2010) The Maintenance of Species Diversity. Nature Education Knowledge 3(10):59