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Ökologie (Subject) / Ökologie (Lesson)

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• Alternative zur Trockenheitstoleranz Flucht Vermeidung durch Dormanz 
• Klone durch Keimung, Apomoxis, horizontale Verbr.  = potentiell physiolog. unabhängig
• Geneten und Rameten Genet: aus Zygote entst. Org., Teile müssen nicht miteinand. verbunden sein=> genet. Individuum Ramet: pot. oder tats. physiolog. unabhängiger Teil eines Geneten=> zB Ausläufer Erdbeeren bei klonalen Org. ist physiol. Einheit (Ramet) oft nicht identisch mit Ebene d. Selektion (Genet)
• Maße für Größe Baumpopulation Anzahl Geneten, Rameten, Knospen/Blätter
• Populationsstruktur age structure: anhand d. Alters-> Kind-Erwachsenen-Sektor stage structur: andhand Entwicklungsstadium-> Keimling, vegetativ, blühend
• Räumliche Verteilung Individuen regelmäßige Vert: intraspezifische Konkurrenz um Ressourcen in Boden, Revier, Nestplatz geklumpte: -heterogene räuml. Vert. von Ressourcen-begrenztes Ausbreitungspot.-gegenseitige Begünstigung (facilitation) zufällige: Nullmodell ohne strukturierte Prozesse -> viele Arten: geklumpte Verteilung
• Demographie und Populationsdynamik beschreibt Populationsbewegung Arten unterscheiden sich in Ausbreitungsbewegung (Ausbreitungskurve = dispersal kernel)-> Pflanzen: Samen in Nähe v. Mutterpfl (konkave Kurvenform auf kurze Distanz)-> Dichte ferausgebreiteter Samen nicht als Exponentialverteilung ab (fat-tailed kernel)    -> Bildung Invasionszentren weit von geschlossener Pop. -> schnelle Mirgation (mittlere Dist) Habitatbesiedelung & Migration maßgeblich durch Ausbreitung bestimmtIndividuum A-> ((Fern)ausbreitung) -> Habitat B -> (Etablierung Pop) -> Habitatbesiedelung Konsequenzen: Ausbreitung beeinflusstPopulationsdynamik, Populationsstruktur, evolution. Prozesse  Fernausbreitung beeinflusstBesiedelung v. Habitatfragmenten, Genfluss zw. Populationen, Migration von Pop (Klimawandel, Invasionen)
• life tables - Lebenstafeln fassen Schicksal aller Kohorte von ihrer Geburt bis Lebensende zusammen  Alter/Stadium -> Nx - Zahl der Überlebenden Kohorte: Individuen einer Population, die zur gleichen Zeit geboren wurden Verwendung Lebenstafeln zur Vorhersage der zukünftigen Populationsgröße-> Beschreibung als Matrixmodelle wenn konstant: Pop wächst mit konstanter Rate (gamma)
• life tables - Lebenstafeln fassen Schicksal aller Kohorte von ihrer Geburt bis Lebensende zusammen  Alter/Stadium -> Nx - Zahl der Überlebenden Kohorte: Individuen einer Population, die zur gleichen Zeit geboren wurden Verwendung Lebenstafeln zur Vorhersage der zukünftigen Populationsgröße-> Beschreibung als Matrixmodelle wenn konstant: Pop wächst mit konstanter Rate (gamma) -> Strategieentwicklung für Bekämpfung Schadeinflüsse und Schutz gefährdeter Arten
• life tables - Lebenstafeln fassen Schicksal aller Kohorte von ihrer Geburt bis Lebensende zusammen  Alter/Stadium -> Nx - Zahl der Überlebenden Kohorte: Individuen einer Population, die zur gleichen Zeit geboren wurden Verwendung Lebenstafeln zur Vorhersage der zukünftigen Populationsgröße-> Beschreibung als Matrixmodelle wenn konstant: Pop wächst mit konstanter Rate (gamma) -> Strategieentwicklung für Bekämpfung Schadeinflüsse und Schutz gefährdeter Arten Bsp. unechte Karettschildkröte
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• unbegrenztes Wachstum geometr. Wachstum: zeitlich diskrete Dynamik exponentielles Wachst.: zeitl kontinuierliche Dynamik  unbegrenztes Wachstum: Werte starke Auswirkung auf Populationsdynamik
• Populationsdynamik Homo sapiens 2013: 7,1 Milliarde Wachstumsrate: 1,1 %/Jahr -> 2080 >14Milliarde Ressourcennutzung Problem!
• Begrenztes Wachstum keine Pop. kann ewig wachsen -> Feinde (Antagonisten) & Endlichkeit v. Ressourcen
• Dichteunabhängige Faktoren (Populationsdynamik) kleinere Schwankungen (externe Umwelt) Katastrophen!
• Deterministische Ursachen für Populationsaussterben Allee-Effekt = für kleine Dichte nimmt Populationswachstumsrate mit Dichte zu (pos. Dichteabhängigkeit)starker Allee-Effekt: bei Dichte nache 0 ist Wachstum negschwacher ": bei Dichte nahe 0 Wachstum pos-> Wachstumsrate nimmt mit Popdichte zu  Ursachen in kleinen pop:Schwierigkeiten Partnersuche, ungünst. Mikroklima in lückigen Pflanzenpop, Inzuchtdepression durch Bestäubung verursachter Allee-Effekt:je weniger Nachbarn Protea rapens Individuum desto weniger fertile Samen pro Zapfen
• stochastische Ursachen für Populationsaussterben Demographisches Rauschen: Zufallsereignisse führen dazu dass sich Individuen in Reproduktion und/oder Mortalität unterscheiden-> stoch. Schwankungen d. Geschlechterverhältnisses ist im Mittel 1:1, durch Zufall kann Pop nur aus Individuen eines Geschlechts bestehen-> unvorhersagbarkeit von Reproduktions- und Mortalitätsereignissen: im Mittel jedes Individuum 1 Nachkomme, durch Zufall 0 o. 2  Wirkung in kleinen Pop am stärksten- genet Drift, Inzuchtdepression   -> Verlust Allele, zunahme nachteil. allele, verringerte gen. Variat. reduziert Fähigkeit d. Pop sich an zukünftige Veränderung anzupassen, - Umweltvariationungünstige Umweltbed. & Katastrophen können Pop auslöschen/stark red Je kleiner Pop desto wichtiger sind demographisches Rauschen und genet. Drift relativ zum Umweltrauschen!
• Aussterben von Pop Kombination aus deterministischen und stochastischen Faktoren !
• Strudel des Aussterbens extinction vortex ensteht in kl Pop durch pos Rückkopplung zwischen mehreren Faktoren die sich neg auf die Popgröße auswirken
• Aussterben zu vermeiden? Ne unvermeidlich!  kein zurück jede Pop stirbt irgendwann aus, aber Unterschied in Wahrscheinlichkeit in best. Zeitraum auszusterben
• Metapopulation = eine Pop von mehreren Pop mit best Eigenschaften Bedingungen für Existenz:1. Habitat bildet diskrete patches in denne Pop lokal reproduzieren2. alle Pop haben messbares Aussterberisiko3. nach lokalem Aussterben können Pop wiederbesiedelt werden4. Dynamik versch lokaler Pop ist nicht völlig synchron (funktioniert nicht wie Einzelpop!) -> kann auf regionaler Skala überleben wenn lokales Aussterben durch Kolonisierung ausgeglichen wird 
• Welche Organismen bilden Metapop? viele Arten: haben kein räuml fleckenhaftes Habitat sterben selten lokal aus (zB Pfl mit dom Samen) haben geringe Fähigkeit zur Wiederbesiedelung nach lokalem Aussterben oder haben so hohe Ausbreitungsfähigkeit dass versch lokale Pop synchrone Dynamik zeigen
• Warum kommt eine Art an Ort nicht vor? unzureichendes Ressourcenangebot Ausbreitungslimitierung durch "Barriere" Kokurrenz/Feinde
• ökologische Nische Menge aller Umweltbed unter denen Art auf unbestimmte Zeit existieren kann bei Erweiterung auf alle n Umweltvariabeln die für Art relevant:  Nische "dimensional hypervolume"
• demographische Basis von Nischen und Arealdynamik             ->  Geburten- und Sterberate Umwelt                                               = Arealdynamik -> Abundanz             ->   Ausbreitungsrate 
• Fundamentale Nische vs realistische Nische fundamental: Umweltbed unter denen Art ohne Konkurrenz/andere Arten existieren kann (Theorie) (höhere Kurve) realistisch:Umweltbed unter denen Art in Konkurrenz/Interaktion mit anderen Arten existieren kann (Praxis) (kleinere Kurve)
• Selektionsregime 1. Gerichtete Selektion: Individuen mit extremen Phänotypen werden selektiert -> Dürrephase Effekt auf Schnabelgröße d. Galapagosfinken 2. stabilisierende S: Individuen mit intermediären Phänotypen werden selektiert 3. disruptive S: Individuen mit 2 (o. mehr) untersch. Phänotypen werden selektiert 
• evolutionäre Grundprozesse Mutation, Rekombination Genfluss Selektion Drift => genet. Variation
• Welcher evolutionäre Prozess führt systematisch (nicht zufällig) zur Anpassung an Umwelt? nat Selektion!
• Evolution unverhersehbar? nö, v.a. nat Selektion vorhersagbar konvergente Evolution: ähnlicher Selektionsdruck führt dazu dass ursprünglich untersch Organismen ähnl Merkmale entwickeln (genet. & phänot) Intraspezifsche Nischendifferenzierungökol Nischen können innerhalb von Arten variieren (v.a. aufgrund nat Selekt)
• Organismen perfekt an Umwelt angepasst? Ne versch Faktoren (Umweltvariabilität, fehlende genet. Variarion, contraints, trade-off) adaptive Evolution!
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• Adaption adaptive Evolution Prozess durch nat Selek. verursachte genet Veränderung, führt dazu dass mittlere Fitness der Individ. im Vergleich zur Ausgangspop steigt Merkmalsausprägung, die in Pop häufig ist weil selektiert wurde => Anpassung an Umwelt
• Warum führt nat Selek nicht zu optimalen Umweltanpassung? Wirkung anderer evolutionärer Prozesse (Gendrift, Mutation, Genfluss) Umwelt verändert sich  fehlende genet Variation contraints = Schranken für Evolution (durch Physik, Genomorganisation, Evolution vorgegeben) trade-off  => Selektion optimiert Überleben-> erhöht Häufigkeit von Genotypen mit höherer Fitness, auch wenn nachteilig für Art/Pop
• Evolution langsamer Prozess? kann schnell ablaufen
• Öko & evolution Öko bestimmt Rahmenbed. für evolutionäre Prozesse Öko und Evo beeinflussen sich gegenseitig-> Veränderungen beider Prozesse können ähnl. Geschw. ablaufen  öko-evolutionäre Rückkopplung/eco-eolutionary feedbacks können Reation v Org auf wandelnde Umwelt beeinflussen
• Lebenszyklus - life history beschreibt alle Ereignisse im Leben eines Organismus die seinen Beitrag im Genpool der nächsten Gen beeinflussen (Fitness)-> v.a. Faktoren die Reproduktion, Mortalität, Ausbreitung beeinflussen evolutionäre Öko Ziel life history als evolutionäre Lösung für ökol Probleme-> untersucht Unterschiede in Alter/Größe bei Geschlechtsreife, Investition in Reprod, Zahl/Größe Nachkommen, Lebensdauer, Alterung, Ausbreitung  life historys durch Genotyp-Umwelt & Genotyp-Umwelt-Interaktionen bestimmt phänotyp Plastizität: unt. Umweltbed., selber Genotyp, unter. Phänotyp
• Arten Reproduktion asexuell: Mitose (Prokarya, Protisten, Pflanzen) sexuell: Meiose
• Isogamie & Anisogamie Isogamie: Gameten gleicher Größe Anisogamie: Gameten unt Größe (Ei größer)
• Sex - Vor-,Nachteile Vorteile: erhöht genet. Variation zwischen Nachkommenschnelle Anpassung an ändernde Umweltbed, Pathogene, Parasiten (red queen hypothesis) Nachteile:Rekombi & austausch v. Chromosomen -> Aufbrechen günstiger AllelkombisAbwesenheit Fortpflanzungspartner kann Reprod senken (bisex. Rep)the twofold cost of sex -> 50% der Individuen (männl) keine Nachkommen zeugen können, Abstammungslinie wächst nur halb so schnell wie asexuelle
• Blattläuse Reproduktion günstige Umweltbed (Sommer) -> mehrere asexuell (parthenogenetisch) ungünstige (Herbst) -> sexuell
• Nutzen und Kosten Ausbreitung Kosten: Mortalität, Kosten f. Investition in Ausbreitungsmechanismen, Risiko nah Ausbreitung schlechtere Bed Nutzen: Vermeidung Konkurrenz (v.a. Verwandte - high competetive), Vermeidung Inzucht, Flucht v. Antagonisten, Absicherung gegen zeitl variable Umwelt
• Ausbreitungsmechanismen aktiv: Eigenbewegung d Org- Distanz steigt mit Körpergröße passiv: durch Ausbreitungsvektoren (Wind, Wasser, Tiere)- je kleiner desto besser(Samen, Sporen, Larven, marine Wirbellose)
• Ressourcenallokation Org muss limitierte Ressourcen aufteilen auf Wachstum, Überleben, Reprod., Ausbreitung, andere Fitnesskomponente ("man kann nicht alles auf einmal haben) -> trade-off zwischen Reprod und Überleben, Größe &Zahl Nachkommen trade-off zw. aktueller & späterer Reprod-> Allokation v Ressourcen in Reprod statt Wachstum => Individ. reprod bei kleinerer Größe!-> ABER kleinere Indiv. haben weniger Nachkommen => Allokation von Ressourcen in aktueller Reprod reduziert meist spätere Reproduktionszahl
• Semelparitie Org reprod nur 1x im Leben (annuell, perrenierend)
• Iteroparitie Org reprod mehrfach im Leben
• r- und K-Selektion r: Selektion auf hoher Fitness in schnell wachsenden Pop, gestörten Habitaten und nied. Dichte-> live fast, die young K: Selektion auf hohe Fitness in stabilen Pop nahe K, instabilen Habitaten und hohe Dichte-> langsam aber sicher 
• Grundtypen Interaktionen zw Organismen Konkurrenz Antagonismus Mutualismus                    I -> Facilitation Kommensalismus             I Amensalismus
• Antagonismus Prädation Herbivore Karnivore Parasitismus (inkl Virulenz)
• Prädation Antagonismus wo eine Art andere als Nahrung nutzt
• Herbivorie Konsumenten autotropher Pflanzen, Algen, etc kleinere: Spezialisten-> oft an qualitative Abwehr angepasst, hilft nur quantitativ  größere: Generalisten-> durch qualitative Abwehr (Toxine) abgeschreckt kann positiven Effekt haben, wenn Pflanzen nach Herbivorie wieder mehrstämmig austreiben
• Verteidigung gegen Herbivore Mechanisch: Trichome, Dornen, Thigmenastie, Harze, Haare, Mimikry chemisch: -> quantitativ: reduziert Schmackhaftigkeit, Verdaulichkeit, gegen alle Herbivore, große Mengen    - zB Tannine (Lignin), Latex-> qualitativ: toxisch, wirkt bei nied. Konz, kleine Mengen, effizient gegen nicht angepasste Herbivoren     - zB Alkaloide, Glukosindate

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