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Ökologie > Diversität > Flashcards

Diversität Flashcards

1
Q

Biodiversität

Unterscheidung der Ebenen

A

Biodiversität bedeutet Vielfalt im Sinne von Verschiedenartigkeit, Mannigfaltigkeit, Variation, Variabilität und Komplexität bei Organismen.
Dies schließt Merkmale innerhalb und zwischen Populationen, Arten, Biozönosen und Biozönosekomplexen ein.
Hierbei werden drei Ebenen unterschieden:
1. Diversität innerhalb des Artniveaus
2. Artendiversität
3. Diversität von Lebensgemeinschaften und Ökosystemen

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2
Q

Diversität als ökologischer Fachterminus

  • Diversitätsmaße
A

Man unterscheidet verschiedene Diversitätsmaße.
α-Diversität: Zahl der Arten in einem Habitat oder Biotop
β-Diversität: Artenwechsel entlang ökologischer Gradienten (zB Berg-/Talregion, Uferzone eines Gewässers)
γ-Diversität: Diversität auf der Ebene von Landschaftsräumen (zB verschiedene Habitate oder Vegetationstypen)
δ-Diversität: Zönosewechsel entlang von Gradienten (Unterschiedlichkeit des Artbestandes zweier Gebiete)
ε-Diversität: Regionale Diversität (große Gebiete mit verschiedenen Landschaftstypen)

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3
Q

Beispiel für ε-Diversität

A

Pflanzliche Vielfalt nimmt von den Polen zum Äquator zu.
Ausnahmen:
- Gebiete mit extremem Klima (Wüsten, Gebirge) → geringere Artendiversität
- Gebiete mit günstigen Bedingungen (gemäßigte Breiten) → höhere Artendiversität
In den Tropen herrscht die höchste Stabilität (d.h. keine Störung durch Eiszeit), ein gleichbleibendes Klima (warm und feucht) und die höchste Diversität.

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4
Q

weitere Diversitätstypen

A

Diversität an Lebensformtypen:
- Fortbewegung (Graber, Kriecher, Kletterer, Springer)
- Lichtbedarf (Sonnen-/Schattenpflanzen)
Trophische Diversität:
- Produzenten, Konsumenten, Destruenten
- Herbivore, Fungivore, Bakterivore, Carnivore
Phänologische Diversität:
- tageszeitliche, jahreszeitliche und jahresperiodische Erscheinung
Genetische und populationsspezifische Diversität:
- Genotypenspektrum, Homo-/Heterozygotie, Gen-Drift, Mutationsrate
Biochemische Diversität:
- Pflanzeninhaltsstoffe, biochemische Verteidigung, Düfte als Lockmittel

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5
Q

Diversität und zeitliche Heterogenität

- Durch was kommt es zu zeitlicher Heterogenität? 4 Dinge

A
  1. klimatisch bedingte Schwankungen
    - jahreszeitlich und zwischen mehreren Jahren
    - z.B. Zeiten für Keimung, Paarung, Winterschlaf
  2. circadiane Rhythmen
    - endogen, Periodenlänge ca. 24 Stunden
    - Tag-/Nachtrhythmen
  3. biotische Interaktionen
    - Bi- und Polysysteme
    - Räuber-Beute, Wirt-Parasit
  4. Sukzession
    - nicht jahreszeitliche, gerichtete Abfolge von Ökosystemzuständen an einem Standort
    - bedingt durch Muster der Kolonisation und Extinktion von Populationen
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6
Q

Jahreszeitliche Heterogenität

- Beispiel Kirschblüte

A

Kirschblüte im Laufe von 100 Jahren
Regressionsgerade im Mittel recht konstant, trotz jährlicher Schwankungen
Zeitliche Heterogenität verändert die Verfügbarkeit und Diversität der Blütenbestände für die Bestäuber.

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7
Q

Heterogenität durch endogene Aktivitätsrhytmen

A
  • wird bestimmt durch circadiane Rhytmik (beim Mensch ca. 25h)
  • Artenspektrum und DIversität zeigen einen Tag-/Nachtrhytmus
    Schwankungen der Körpertemperatur des Menschen im Tageslauf
  • spezifisches Aktivitätsmuster
  • heterogene Präsenz im Habitat
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8
Q

Heterogenität aufgrund biotischer Interaktionen

A
  • Räuber-Beute
  • Wirt-Parasit
  • unterschiedlicher zeitlicher Verlauf der Populationsentwicklung
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9
Q

Sukzession und Diversität

Beispiel Sekundärsukzession

A

Beispiel Sekundärsukzession (Abholzung) in einem Eichen-/Kiefernwald
Im Verlauf der Sukzession verändert sich die Artenvielfalt.
zu Beginn wenige Pionierarten
es kommen weitere Arten hinzu, da noch nicht besetzte Standorte leicht zu besiedeln sind
Diversitätsmaximum im mittleren Stadium der Sukzession erreicht.
koexistierende Arten (frühe und späte) in der Übergangsphase von Kraut- zu Strauchstadium
im späten Stadium → Vegetationsdecke geschlossen und konkurrenzstarke, kräftige Pflanzen übernehmen → Diversität geht zurück
im frühen Waldstadium steigt Artenzahl nochmal gering an, generell kommt es aber zu einer Abnahme der Diversität im Klimaxstadium des Waldes

Abb. VL5, 7

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10
Q

Zeitskala des Artswechsels bei der Sukzession

- Was passiert bei wenig verfügbaren Ressourcen?

A

Wenige verfügbare Ressourcen führen zu einer Verlangsamung des Wachstums der konkurrenzstarken Arten → Verdrängung der frühen Arten tritt später ein → verlängerte Phase der Koexistenz und damit höhere Artenvielfalt

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11
Q

Pflanzensukzession und Diversität der Tiere

A

Voranschreiten der Pflanzensukzession führt zu Veränderungen in der Tierwelt.
- Pflanzengemeinschaft bildet Ressourcen und Habitate
- tolerante, angepasste Arten wie die Spitzmaus sind immer vorhanden
Jedes spezifische Sukzessionsstadium hat seine eigenen spezifischen Tiergemeinschaften.

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12
Q

Diversität und räumliche Heterogenität

Welche gibt es, bzw wo? 4 gefragt

A
  1. Großräumige Heterogenität in Ökosystemen
    verschiedene Biotope, Habitatinseln
  2. Kleinräumige Heterogenität in Biotopen
    Nebeneinander verschiedener Teillebensräume (Mikrohabitate)
  3. Kontaktzonen und Randeffekte
    Rand- und Übergangsbereiche bieten Organismen vielfältige Lebensbedingungen
  4. Korridore
    ermöglichen in fragmentierten Landschaften den Individuenaustausch zwischen Habitaten
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13
Q

Großräumige Heterogenität - räumliche Isolation

  • Beispiel Heidelandschaft in England
  • Auswirkung auf Diversität
A

Beispiel für die Zerstückelung und räumliche Isolation von Lebensräumen und Habitaten: Heidelandschaft an der Südwestküste Englands
- heute 1084 einzelne, separierte Heideparzellen (früher 10 große Gebiete)
→ mosaikartige Landschaftsstruktur
→ negative Auswirkung auf Diversität
Im Allgemeinen enthalten großflächige Lebensräume sowohl eine größere Anzahl an Individuen (höhere Dichte) als auch mehr Arten (höherer Artenreichtum) als kleinere.

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14
Q

Großräumige Heterogenität - Habitatinseln

Equilibriumstheorie

A

Equilibriumstheorie (Mac Arthur & Wilson, 1963):
Die Anzahl der Arten, die eine Meeresinsel bewohnen steht in einem dynamischen Gleichgewicht (Equilibrium) zwischen den neu einwandernden (immigrierenden) Arten und solchen die bereits vorhanden waren, aber wieder ausgewandert (emigriert) oder lokal ausgestorben sind.

Nach der Theorie der Inselbiogeographie:
Einwanderungsrate (Immigrationsrate) sinkt mit zunehmendem Artenreichtum auf der Insel; gleichzeitig nimmt die Aussterberate (lokale Extinktionsrate) zu.
Gleichgewicht=Equilibrium=S

Abb. VL5, 9

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15
Q

Kleinräumige Heterogenität - abiotische Umwelt

A

vor Ort variierende Umweltfaktoren:
schaffen Mikrolebensräume und i.d.R. größere Artenvielfalt
Beispiele für kleinräumige Schwankungen von Umweltparametern:
- Wälder ⇒ Licht
- Gezeitenzone ⇒ Salz
- Boden von Gewässern ⇒ Nährstoffe

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16
Q

Kleinräumige Heterogenität - biotische Umwelt

Beispiel Wald und Vegetationsschichten

A 
Der Belaubungsgrad (x-Achse) ist ein Maß für die vertikale Strukturdiversität eines Waldes.  Je mehr vertikale Vegetationsschichten vorhanden sind, desto größer ist auch die Vielfalt der dort vorkommenden Vogelarten (y-Achse).
Die Heterogenität der Vegetationsstruktur ist also maßgebend für die Diversität!
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17
Q

Pflanzliche Raumstrukturtypen - Zönosen

A

Stratozönosen:
- horizontale Schichten des Lebensraums (Stratotypen)
- Kronen-, Strauch-, Streuschicht
- Zönose: zB Bodenfauna
Chorizönosen:
- einzelne, gut abgrenzbare, vertikale Raumstrukturen (Choritopen)
- einzelner Baum oder Strauch, Vogelnest, Tierleiche
- Zönose: zB Phytophagenkomplex eines Baumes

Merozönosen:

  • umfassen immer auch Teile eines Stratotops oder Choritops
  • Kleinräume mit ökologischen Gilden von Tieren (Merotopen)
  • Blätter, Blüten, Früchte
  • Zönose: zB Gallbildner in Blättern, Blütenbesucher, Fruchtfresser

→ Beispiel Regenwald
Stratotope: 5 Vegetationsschichten (Stockwerke) im Regenwald
Choritop: zB Emergenten (Urwaldriesen) als 45m hohe Einzelbäume
Merotop: Früchte am Baum (umfassen Stratotop “obere Baumkronenschicht), dazugehörige Merozönose = Fruchtfresser (hier: Weißkopfmaki)

18
Q

Kontaktzonen und Randeffekte

A

Übergangsbereiche zwischen verschiedenen Lebensräumen → vielfältige Lebensbedingungen
Kennzeichen:
plötzlicher Wechsel abiotischer Umweltbedingungen
u.a. Bodentyp, Mikro-/Mesoklima (Temperatur, Licht, Feuchte)
Strukturfaktoren:
Höhe, Breite, Dichte der Vegetation
beeinflussen den Gradienten der Umweltfaktoren
Ökotone
breite Kontaktzonen
mildern abiotische Faktorengradienten

19
Q

Randeffekt

A

Randeffekt (edge effect):
Die abiotischen Umweltfaktoren in Rand- und Übergangsbereichen werden von beiden Lebensräumen beeinflusst.
- hoher Strukturreichtum und hohe Pflanzendiversität, Vielfalt an Kleinlebensräumen
- Ansiedlung spezifischer Arten des Übergangsbereiches sowie Vorkommen von Arten aus beiden Lebensräumen
→ hohe Diversität in Ökotonen (breite Kontaktzonen)
- treten in der Regel zwischen Wald/Gebüsch und Offenland auf

20
Q

Korridore

A

In fragmentierten Landschaften ermöglichen Korridore den Arten- und Individuenaustausch zwischen Habitatinseln.

  • häufig von Menschen geschaffen (zB Hecken, Baumreihen, Gehölzstreifen an Fließgewässern, Auenwaldstreifen)
  • Netzwerk an Ausbreitungswegen
  • Korridorgröße besonders günstig, wenn sie Aktionsradius einer Tierart entspricht
  • erleichtern Individuen- und Genaustausch zwischen Subpopulationen (können zu Metapopulationen verschmelzen, welche über ein größeres Gebiet verteilt sind)
  • Filtereffekt! Manchen Arten ist die Ausbreitung möglich, anderen nicht.
21
Q

Zusammenfassung

A

Man unterscheidet verschiedene Diversitätstypen: α- bis ε-Diversität. Sie beschreiben die Lebensform, Trophiestufen, Phänologie, Genetik und Biochemie der Lebensgemeinschaften.

Die Artdiversität wird von der zeitlichen Heterogenität beeinflusst. Hierzu zählen Klima, circadiane Rhythmen, biotische Interaktionen und Sukzessionsvorgänge.

Räumliche Heterogenität wirkt über Isolation, Habitatinseln, abiotische Umweltfaktoren und biotische Umwelt (pflanzliche Raumstrukturen).

Randeffekte und Korridore können negative Auswirkungen räumlicher Isolation auf die Artdiversität abmildern.

22
Q

Artenrealkurve

A

Artenreichtum (y-Achse) und Anzahl der gesammelten Individuen (x-Achse)

  • ansteigende Linie, die sich dann abflacht und asymptotisch einer Gesamartenzahl annähert
  • Man kann also nicht mehr Arten nachweisen, wenn man mehr sammelt!
23
Q

Effekte der Häufigkeit

  • Datenerfassung von Arten
A

Beziehung zwischen Häufigkeit und Auftreten von Individuen bei der Erfassung

  • wenige häufige Arten, werden überproportional oft erfasst (Artenzahl steigt sehr schnell)
  • regelmäßig auftretende Arten werden erst zu späterem Zeitpunkt vollständig erfasst, heißt nach vielen Probennahmen
  • seltene Arten werden punktuell beobachtet und nur bei höherer Stichprobenzahl überhaupt vollständig erfasst
24
Q

größere Skala: Beispiel

A

Beispiel:
vier Lebensräume in zwei Landschaftsräumen: Habitat a und b mit fünf Arten, Habitat mit vier Arten, Habitat mit drei Arten
α-Diversität: Zahl der Arten in einem Habitat oder Biotop
- bei a und b gleich
- bei c niedriger
- bei d am niedrigsten
β-Diversität: Artenwechsel entlang ökologischer Gradienten
- in Landschaft 1 niedrig (hohe Ähnlichkeit von a und b)
- in Landschaft 2 hoch (geringe Ähnlichkeit von c und d)
γ-Diversität: Diversität auf der Ebene von Landschaftsräumen
- in Landschaft 1 und 2 mit je 6 Arten gleich

25
Q

Nachteile von Anzahl als Maß der Diversität

A

generell:
- Artenzahl ist von der Stichprobenzahl abhängig
- seltene Arten werden häufig nicht erfasst
Im Vergleich zur Erfassung der relativen Häufigkeit:
- Dominanz (und damit Ökosystemfunktion) der einzelnen Arten wird nicht berücksichtigt
- hat damit eine geringere wissenschaftliche Aussagekraft

26
Q

Häufigkeitsverteilung von Arten - Individuendominanz

A

Individuendominanz DN
= Dominanzgrad einer Art in einer Lebensgemeinschaft bezogen auf die absolute Individuenzahl aller Arten, dh sie ist die relative Häufigkeit einer Art innerhalb einer Gemeinschaft

D(N) = N(A)/N(S) *100
N(A) = Anzahl der Individuen einer Art
N(S) = Summe der Individuen aller Arten
27
Q

Dominanzklassen

A 
eudominant > 32% Anteil an der Gemeinschaft
dominant 10-32%
subdominant 3-10%
rezent 1-3%
subrezent unter 1%
28
Q

Erfassung der Individuendominanz

A

(Beispiel vom Anfang)
Gesellschaft 1: alle vier Arten gleich häufig (25%)
Gesellschaft 2: eine sehr dominante Baumart stellt 80% der Individuen, andere Arten eher selten
Diversitätsindizes berücksichtigen die Artenzahl sowie die Häufigkeit des Auftretens; hierbei gibt es eine Vielzahl von unterschiedlicher Indizes.

29
Q

Rang-Häufigkeits-Diagramme

A

Rang-Häufigkeits-Diagramme sind eine graphische Darstellung der Individuenzahlen der Arten (Häufigkeit) gegenüber der Artenanzahl; das Diagramm ordnet die Arten in absteigender Rangfolge.

30
Q

Rangliste und Häufigkeitsverteilung

Rothamsted “Park Grass Experiment”

A

Aus der geordneten Menge von Wertepaaren (Art und zugehörige Häufigkeit), der Rangliste, lässt sich bereits die statistische Verteilung der Daten ablesen.

“Park Grass Experiment”
längstes laufendes Langzeitexperiment der modernen Wissenschaftsgeschichte
untersucht den Effekt von Dünung auf die NPP eines Graslandes mit randomisierter Blockanlage und unterschiedlicher Düngeapplikation
Diagramm zeigt Rückgang der Pflanzendiversität bei Düngegaben
Phytozönose wird von wenigen konkurrenzstarken Pflanzen dominiert

31
Q

Zusammenfassung

A

Artenarealkurven zeigen die Beziehung zwischen Artenreichtum und der Anzahl der gesammelten Individuen.
Die Individuendominanz charakterisiert den Dominanzgrad von Arten innerhalb einer Lebensgemeinschaft.
Rang-Häufigkeits-Diagramme sind eine graphische Darstellung der Individuenzahlen der Arten (Häufigkeit) gegenüber der Artenanzahl.
Diversitätsindizes berücksichtigen neben der Artenzahl auch die Häufigkeitsverteilung der Arten. Häufig verwendet werden der Shannon-Wiener Index (HS) und der Simpson (D).
Eveness ist das Verhältnis der mit dem entsprechenden Diversitätsindex ermittelten Diversität zur maximal möglichen Diversität.

32
Q

Artenreichtum in Biozönosen - Thienemann (1920)

- Biozönotische Grundprinzipien

A
  1. Biozönotisches Grundprinzip:
    Je variabler die Lebensbedingungen einer Lebensstätte, umso größer ist die Artenzahl der zugehörigen Lebensgemeinschaft.
    - die Arten haben dann aber meist eine geringe Individuenzahl
  2. Biozönotisches Grundprinzip:
    Je mehr sich die Lebewesen eines Biotops vom Normalen und damit vom Optimum entfernen, umso artenärmer wird die Biozönose und mit umso größerem Individuenreichtum treten einzelne Arten auf.
    - homogene Vegetationszonen (Tundren, Wüsten), Extremlebensräume (Antarktis) und vom Menschen stark geprägte Lebensräume (Acker) sind artenarm und durch wenige, dominante Arten charakterisiert
33
Q

Faktoren mit Wirkung auf die Struktur von Lebensgemeinschaften

Artenreichtum in Biozönosen - Fundamentalnische: Krogerus - Regel

A

Fundamentalnische:
- abhängig von Umweltfaktoren kann immer nur ein bestimmter Anteil von Organismen existieren
Direkte & und indirekte Beziehungen:
- Konkurrenz, Mutualismus, Kommensalismus, usw
- Nahrungsnetze (Räuber-Beute)

Krogerus-Regel (1932):
In diversen Lebensräumen dominieren euryöke, in extremen Lebensräumen stenöke Arten.
Extreme Standorte sind in der Regel artenärmer.

34
Q

Artenreichtum in Biozönosen - Nahrungsnetze

A

Metaanalysen von Gemeinschaften zeigen häufig einen abnehmenden Verknüpfungsgrad mit zunehmender Artenzahl:
- je mehr Arten, dh je diverser das Nahrungsnetz, desto weniger Konnektanz gibt es zwischen den Arten > Stabilität des Systems nimmt ab (Abb. a und b)
- c: kein Trend zu erkennen
- d: man erkennt eine höhere Verknüpfungsrate bei diverserem Nahrungsnetz
also beides möglich: Ökosysteme werden instabiler bei Zunahme der Komplexität oder zeigen einen positiven Zusammenhang zwischen Komplexität und Stabilität.

Abb. VL5

35
Q

Hohe Komplexität und Stabilität

Beispiel für einen positiven Zusammenhang von Diversität und Stabilität

A

Beispiele für einen positiven Zusammenhang von Diversität und Stabilität
11-Jahresexperiment mit Präriegräsern
- Biomasseproduktion nach einer Störung
- Ökosystem-Stabilität als Funktion der Artenzahl in einem Langzeitexperiment (1996−2005) mit Prärie-Gräsern

Resistenz einer Lebensgemeinschaft

  • Index aus Biomasse zum Höhepunkt der Dürre im Verhältnis zu nach der Dürre
  • Anzahl der Standorte mit bestimmtem Artenreichtum steht in Zusammenhang mit Diversität
  • Resistenz in diverseren Gemeinschaften höher

Es wurde in beiden Experimenten kein Nahrungsnetz untersucht, sondern nur die unterste trophische Ebene, die Primärproduzenten.
- Zusammenhang zwischen Diversität und Stabilität noch nicht ausreichend erforscht

36
Q

Ökosystemkonzept (Odum 1953)

A

Ökosysteme sind gekennzeichnet durch Energiefluss, Stoffkreisläufe, Mannigfaltigkeitsmuster in Raum und Zeit, Regelmechanismen, Entwicklung und Evolution.

Regelmechanismen von Ökosystemen bewirken Stabilität:

  • Beständigkeit des Systems gegenüber äußeren Einwirkungen
  • System ändert sich nicht selbst und reguliert Veränderungen
  • Eigenschaften eines Ökosystems, welche dessen Funktion in einem Fließgleichgewicht aufrecht erhalten
  • Tendenz einer Lebensgemeinschaft, nach einer Störung wieder zu ihrem ursprünglichen Zustand zurückzukehren
37
Q

Stabilität von Biozönosen/Ökosystemen

- vier wesentliche Konzepte

A
  1. Konstanz: nur geringe Veränderungen in einem Zeitraum, System im Gleichgewichtszustand
  2. Resistenz=Widerstandskraft: Konstanz trotz potentieller Störungen
  3. Resilienz=Elastizität: Geschwindigkeit der Rückkehr in den Ausgangszustand nach einer Störung
  4. Persistenz=Überdauern: langfristige Existenz von Genpools einzelner Populationen, Arten oder Vielartensystemen
38
Q

Die Diversität-Stabilität-Diskussion in der Ökologie

A

May (1975): Diversitäts-Stabilitäts-Hypothese
- Eine ältere Auffassung, dass die Stabilität einer Biozönose mit der Diversität (im Sinne von Artenvielfalt) wachse.
Beispiel: Diversität von Pflanzengesellschaften unter dem Einfluss der Klimaerwärmung
- Störung wird durch den Umweltfaktor Temperatur hervorgerufen
- Gesellschaft mit beiden Arten zeigt die beste Anpassung an die Schwankung des Klimas

39
Q

Ehrlich und Ehrlich (1981) - Nietenmodel (rivet model)

A

Vielfalt der Arten einer Lebensgemeinschaft entspricht den Nieten einer Flugzeugtragfläche. Der Verlust weniger Nieten fällt nicht ins Gewicht, bei vielen Nieten kann die Stabilität schlagartig verloren gehen.
- Verlust einer Schlüsselart führt zu Domino-Effekt
- Verlust von einzelnen, nicht wichtigen Nieten führt zur Rivet Redundanz
Links: Biomasseproduktion und Diversität der Primärproduzenten
Mitte: Nährstoffaufnahme und Diversität der Primärproduzenten
Rechts: Zersetzungsprozesse und Diversität der Primärproduzenten

Abb. VL5

40
Q

Walker (1991) - Redundanzmodell (redundancy model)

A

Die meisten Arten sind für das Funktionieren eines Ökosystems nicht notwendig. Sie entsprechen nicht den Nieten der Tragfläche sondern den Menschen an Bord, welche mir Ausnahme der Besatzung keine Rolle spielen.
- Arten werden nach Funktion in Lebensgemeinschaft eingeteilt
- redundante Arten werden bei Aussterben durch andere Arten mit gleicher Funktion ersetzt
- Verlust einer funktionellen Gruppe führt zu Domino-Effekt
Das gezeigte, konzeptionelle Modell stellt die Beziehung der funktionellen Redundanz und Ökosystemstabilität im Sinne von Resistenz und Resilienz gegenüber Störungen dar.
- neue Arten > Zahl der Funktionen steigt
- ab bestimmten Punkt bringen neue Arten aber keine neuen Kapazitäten, dh sind redundant für die spezifischen Funktionen
- hochredundante Systeme sind vermutlich resistenter gegenüber Störungen

41
Q

Conclusion

A

Es existieren Beobachtungen und experimentelle Beobachtungen, die man die eine, mal die andere Hypothese stützen

  • Abhängigkeit vom Typ des jeweiligen Ökosystems

Ökologie (9 decks)

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