Ökologie: mit 25 Tabellen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch Englisch |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2003
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| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
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Vorwort der Übersetzer zur deutschen Ausgabe....................................
V
Vorwort zur 2. englischen Auflage ...............................................
VII
Danksagung...................................................................
IX
Teil
I
Einführung
1 Ökologie - wie macht man das? .......................................... 3
1.1 Einleitung............................................................... 5
1.2 Ebenen, Vielfalt und Exaktheit ............................................... 9
1.2.1 Die Frage der Ebene....................................................... 10
1.2.2 Die Vielfalt ökologischer Beweisführung ........................................ 12
1.2.3 Statistik und wissenschaftliche Exaktheit......................................... 14
1.3 Ökologie in der Praxis...................................................... 22
1.3.1 Die Europäische Forelle in Neuseeland - Einflüsse auf Individuen, Populationen,
Lebensgemeinschaften und Ökosysteme......................................... 23
1.3.2 Sukzessionen auf aufgelassenen Äckern in Minnesota - eine Studie über Zeit und Raum ..... 31
1.3.3 Hubbard
Brook
- ein langfristiges Engagement von hochgradiger Bedeutung............. 35
1.3.4 Schaden genetisch veränderte Kulturpflanzen der Biodiversität?
Eine Modelluntersuchung................................................... 40
Zusammenfassung......................................................... 44
Quiz................................................................... 46
2 Die Ökologie der Evolution.............................................. 49
2.1 Einleitung............................................................... 51
2.2 Evolution durch natürliche Selektion........................................... 51
2.3 Evolution innerhalb von Arten................................................ 56
2.3.1 Geographische Variationen innerhalb einer Art.................................... 57
2.3.2 Variation innerhalb einer Art durch vom Menschen erzeugten Selektionsdruck ............ 66
2.3.3
Adaptive
Höhen und spezialisierte Abgründe..................................... 69
2.4 Die Ökologie der Artbildung................................................. 71
2.4.1 Was verstehen wir unter einer „Art ? ........................................... 71
2.4.2 Inseln und Artbildung ..................................................... 73
2.5 Die Auswirkungen von Klimaänderungen auf die Evolution und Verbreitung von Arten ..... 17
2.6 Die Auswirkungen der Kontinentaldrift auf die Ökologie der Evolution ................. 83
XI
Inhaltsverzeichnis
2.7 Die Interpretation der Ergebnisse von Evolution: konvergente und parallele Evolution ...... 85
Zusammenfassung......................................................... 89
Quiz................................................................... 90
www-Fragen............................................................. 91
Teil
II
Umweltfaktoren und Ressourcen
3 Physikalische Umweltfaktoren und die Verfügbarkeit von Ressourcen......... 95
3.1 Einleitung............................................................... 97
3.2 Umweltfaktoren .......................................................... 98
3.2.1 Was meinen wir mit „rauh , „günstig und „extrem ? .............................. 98
3.2.2 Auswirkungen von Umweltfaktoren ........................................... 99
3.2.3 Umweltfaktoren als Stimuli .................................................. 102
3.2.4 Auswirkungen von Umweltfaktoren auf Wechselwirkungen zwischen Organismen.......... 105
3.2.5 Reaktionen seßhafter Organismen ............................................. 106
3.2.6 Reaktionen von Tieren auf die Umgebungstemperatur.............................. 107
3.2.7 Mikroorganismen in extremen Lebensräumen .................................... 112
3.3 Ressourcen der Pflanzen .................................................... 112
3.3.1 Sonnenstrahlung.......................................................... 113
3.3.2 Wasser ................................................................. 114
3.3.3 Mineralische Nährstoffe..................................................... 119
3.3.4 Kohlenstoffdioxid......................................................... 120
3.4 Tiere und ihre Ressourcen................................................... 120
3.4.1 Bedarf und Bereitstellung von Nahrung......................................... 124
3.4.2 Verteidigung............................................................. 127
3.5 Auswirkungen intraspezifischer Konkurrenz um Ressourcen .......................... 130
3.6 Umweltfaktoren, Ressourcen und ökologische Nische .............................. 134
Zusammenfassung......................................................... 136
Quiz................................................................... 138
4 Umweltfaktoren, Ressourcen und die Lebensgemeinschaften der Erde ........ 141
4.1 Einleitung............................................................... 143
4.2 Großräumige und kleinräumige geographische Muster.............................. 143
4.2.1 Großräumige Klimamuster................................................... 143
4.2.2 Kleinräumige Muster von Umweltbedingungen und Ressourcenverfügbarkeit............. 148
4.2.3 Muster von Umweltbedingungen und Ressourcen in aquatischen Lebensräumen........... 150
4.3 Zeitliche Muster in Umweltbedingungen und Ressourcenverfügbarkeit - Sukzession........ 150
4.4 Terrestrische Biome........................................................ 152
4.4.1 Beschreibung und Einteilung der Biome ........................................ 153
4.4.2 Tropischer Regenwald...................................................... 160
4.4.3 Savanne ................................................................ 164
4.4.4 Grasland der gemäßigten Breiten.............................................. 164
4.4.5 Wüste.................................................................. 165
4.4.6 Wälder der gemäßigten Breiten .........................................->.. .... 166
4.4.7 Borealer Nadelwald (Taiga) und sein Übergang zur Tundra .......................... 167
4.5 Aquatische Lebensräume.................................................... 168
4.5.1 Ökologie von Wasserläufen .................................................. 169
XII
Inhaltsverzeichnis
4.5.2 Ökologie der Seen......................................................... 175
4.5.3 Ozeane................................................................. 177
4.5.4 Küsten ................................................................. 178
4.5.5 Mündungsbereiche (Ästuare)................................................. 182
Zusammenfassung......................................................... 182
Quiz................................................................... 184
www-Fragen............................................................. 185
Teil
III
Individuen, Populationen, Gemeinschaften und Ökosysteme
5 Geburt, Tod und Wanderbewegungen..................................... 189
5.1 Einleitung............................................................... 191
5.1.1 Was ist ein Individuum?..................................................... 193
5.1.2 Das Zählen von Individuen, Geburten und Todesfallen ............................. 194
5.2 Lebenszyklen ............................................................ 197
5.2.1 Lebenszyklen und Fortpflanzung.............................................. 197
5.2.2
Annuelle
Lebenszyklen ..................................................... 199
5.2.3 Längere Lebenszyklen...................................................... 200
5.3 Quantifizierung von Geburt und Tod: Lebens- und Fruchtbarkeitstafeln................. 203
5.3.1
Annuelle
Lebenstafeln...................................................... 205
5.3.2 Lebenstafeln für Populationen mit überlappenden Generationen....................... 209
5.3.3 Eine Klassifikation von Überlebenskurven ....................................... 211
5.4 Dispersion und Wanderbewegungen ........................................... 212
5.4.1 Die Dispersion bestimmt die Abundanz......................................... 214
5.4.2 Die Rolle von Wanderbewegungen ............................................ 216
5.5 Die Wirkung von intraspezifischer Konkurrenz auf Populationen ...................... 217
5.5.1 Muster des Populationswachstums............................................. 219
5.6 Verschiedene Life-history-Stntcgicn............................................ 225
Zusammenfassung......................................................... 229
Quiz................................................................... 231
6 Interspezifische Konkurrenz ............................................. 233
6.1 Einleitung............................................................... 235
6.2 Ökologische Auswirkungen interspezifischer Konkurrenz ............................ 235
6.2.1 Konkurrenz zwischen Diatomeen um Silikat...................................... 235
6.2.2 Koexistenz und Ausschluß bei konkurrierenden Lachsfischen ......................... 237
6.2.3 Einige grundsätzliche Beobachtungen .......................................... 240
6.2.4 Koexistenz und Ausschluß konkurrierender Hummeln .............................. 240
6.2.5 Koexistenz konkurrierender Diatomeen......................................... 242
6.2.6 Koexistenz konkurrierender Nager und Ameisen .................................. 242
6.2.7 Das Konkurrenzausschlußprinzip.............................................. 244
6.2.8 Heterogenität der Umwelt .................................................. 245
6.3 Evolutionäre Auswirkungen interspezifischer Konkurrenz ........................... 252
6.3.1 Merkmalsverschiebung und Merkmalsfreisetzung bei dem Indischen Mungo.............. 253
6.3.2 Kanadische Stichlinge ...................................................... 254
6.4 Interspezifische Konkurrenz und Struktur der Lebensgemeinschaft..................... 256
XIII
Inhaltsverzeichnis
6.4.1 Limitierende Ressourcen und die Regulation der Diversität
in Phytoplankton-Lebensgemeinschaften ........................................ 256
6.4.2 Hummeln in Colorado ..................................................... 257
6.4.3 Aggregation verändert die Konkurrenzbeziehungen in Pflanzengesellschaften............. 259
6.4.4 Nischendifferenzierung bei Tieren und Pflanzen................................... 261
6.5 Wie bedeutsam ist interspezifische Konkurrenz tatsächlich?........................... 263
6.5.1 Die Häufigkeit gegenwärtiger Konkurrenz ...................................... 264
6.5.2 Konkurrenz oder reiner Zufall? ............................................... 270
Zusammenfassung......................................................... 272
Quiz................................................................... 274
7 Organismen als Lebensraum ............................................. 275
7.1 Einleitung............................................................... 277
7.2 Wirte als
Habitate
......................................................... 281
7.2.1 Das Leben auf der Oberfläche eines anderen Organismus............................ 281
7.2.2 Bewohner von Körperhöhlen................................................. 286
7.2.3 Bewohner von Wirtsgeweben und Zellen........................................ 291
7.3 Wirte als reaktive
Habitate
................................................... 296
7.3.1 Durch die Bewohner verursachte Änderungen des Wirtswachstums und der Wirtsgestalt..... 296
7.3.2 Induzierte Veränderungen im Wirtsverhalten..................................... 298
7.3.3 Immunreaktion und andere Abwehrreaktionen des Wirtes ........................... 299
7.4 Die Verteilung und Regulation von Parasiten und Mutualisten
innerhalb von Wirten und in Wirtspopulationen................................... 301
7.5 Lebenszyklen und Dispersion................................................. 304
7.6 Koevolution ............................................................. 306
Zusammenfassung......................................................... 311
Quiz................................................................... 314
8 Prädation, Beweidung und Krankheiten................................... 315
8.1 Einleitung............................................................... 317
8.2 Fitneß und Abundanz der Beute .............................................. 319
8.3 Die Feinheiten der Prädation................................................. 322
8.3.1 Interaktionen mit anderen Faktoren ........................................... 322
8.3.2 Kompensation und Verteidigung der Beute auf der Ebene des Individuums............... 323
8.3.3 Von der individuellen Beute zu Beutepopulationen................................. 326
8.4 Verhalten der Prädatoren - Suchverhalten und Übertragung.......................... 329
8.4.1 Suchverhalten ............................................................ 330
8.5 Die Populationsdynamik der Prädation.......................................... 337
8.5.1 Die grundlegende Populationsdynamik im Räuber-Beute-Verhältnis:
eine Tendenz zum Kreislauf.................................................. 338
8.5.2 Räuber-Beute-Kreisläufe in der Praxis........................................... 339
8.5.3 Zyklen und Dynamik von Krankheiten.......................................... 346
8.5.4 Übervölkerung........................................................... 348
8.5.5 Räuber und Beute in Patches................................................. 350
8.6 Prädation und Struktur von Lebensgemeinschaften................................. 354
Zusammenfassung......................................................... 358
Quiz................................................................... 360
XIV
Inhaltsverzeichnis
9 Populationsprozesse - das große Bild ..................................... 361
9.1 Einleitung............................................................... 363
9.2 Vielfaltige Einflußfaktoren auf die Dynamik von Populationen ........................ 364
9.2.1 Fluktuation oder Stabilität................................................... 365
9.2.2 Theorien zur Abundanz von Arten ............................................ 366
9.2.3 Schlüsselfaktorenanalyse..................................................... 370
9.3 Ausbreitung, Patches und Dynamik von Metapopulationsdynamik ..................... 376
9.4 Zeitliche Muster in der Zusammensetzung von Lebensgemeinschaften .................. 382
9.4.1 Gründer-kontrollierte und Dominanz-kontrollierte Lebensgemeinschaften ............... 382
9.4.2 Sukzession von Lebensgemeinschaften.......................................... 386
9.5 Nahrungsnetze ........................................................... 391
9.5.1 Indirekte und direkte Effekte................................................. 392
9.5.2
Top-down-
oder Bottom-up-Kontrolle von Nahrungsnetzen ......................... 394
9.5.3 Stabilität von Lebensgemeinschaften und die Struktur von Nahrungsnetzen .............. 398
Zusammenfassung......................................................... 404
Quiz................................................................... 405
10 Muster des Artenreichtums .............................................. 407
10.1 Einleitung............................................................... 409
10.2 Ein einfaches Modell des Artenreichtums........................................ 412
10.3 Räumlich variierende Faktoren, die den Artenreichtum beeinflussen .................... 414
10.3.1 Produktivität und Ressourcenreichtum.......................................... 414
10.3.2 Prädationsintensität........................................................ 418
10.3.3 Räumliche Heterogenität.................................................... 419
10.3.4 Extreme Lebensbedingungen................................................. 421
10.4 Zeitlich variierende Faktoren, die den Artenreichtum beeinflussen...................... 422
10.4.1 Klimavariationen.......................................................... 423
10.4.2 Störung ................................................................ 424
10.4.3 Alter des Lebensraums: evolutionsgeschichtliche Zeiträume .......................... 427
10.5 Gradienten des Artenreichtums ............................................... 427
10.5.1 Areal und Abgelegenheit des
Habitats
- Biogeographie von Inseln ..................... 427
10.5.2 Gradienten über die Breitengrade ............................................. 433
10.5.3 Gradienten über Höhe und Tiefe.............................................. 436
10.5.4 Gradienten im Verlauf der Sukzession von Lebensgemeinschaften...................... 438
10.6 Muster des Reichtums an
Taxa
in Fossilrunden.................................... 440
10.7 Bewertung der Muster im Artenreichtum........................................ 442
Zusammenfassung......................................................... 444
Quiz................................................................... 448
11 Energie- und Stoffflüsse durch Ökosysteme................................ 451
11.1 Einleitung............................................................... 453
11.2 Primärproduktion ......................................................... 454
11.2.1 Geographische Muster der Primärproduktion..................................... 454
11.2.2 Limitierende Faktoren für die Primärproduktion .................................. 456
11.3 Verwertung der Primärproduktion............................................. 459
11.3.1 Beziehung zwischen Primär- und Sekundärproduktion.............................. 459
11.3.2 Die grundlegende Bedeutung der Effizienz des Energietransfers....................... 462
XV
Inhaltsverzeichnis
11.3.3 Die relative Bedeutung des „Konsumenten - und „Zersetzersystems ................... 464
11.4 Zersetzungsprozesse ....................................................... 465
11.4.1 Die Zersetzer: Bakterien und Pilze............................................. 466
11.4.2 Detritivoren und spezialisierte Mikrobivoren ..................................... 466
11.4.3 Konsumption von pflanzlichem
Detritus
........................................ 468
11.4.4 Konsumption von Fäzes und Aas.............................................. 472
11.5 Stoffflüsse durch Ökosysteme ................................................ 474
11.5.1 Nährstoffhaushalt terrestrischer Ökosysteme...................................... 476
11.5.2 Nährstoffhaushalt in aquatischen Lebensgemeinschaften............................. 477
11.6 Globale biogeochemische Kreisläufe............................................ 478
11.6.1 Der hydrologische Kreislauf.................................................. 478
11.6.2 Der Phosphorkreislauf...................................................... 481
11.6.3 Der Stickstoffkreislauf...................................................... 481
11.6.4 Der Schwefelkreislauf ...................................................... 481
11.6.5 Der Kohlenstoffkreislauf.................................................... 482
11.6.6 Menschliche Einflußnahme auf biogeochemische Kreisläufe .......................... 482
Zusammenfassung......................................................... 483
Quiz................................................................... 484
www-Fragen............................................................. 485
Teil
IV
Angewandte Aspekte in der Ökologie
12 Nachhaltigkeit ......................................................... 489
12.1 Einleitung............................................................... 491
12.2 Das „Bevölkerungsproblem ................................................. 494
12.2.1 Einleitung............................................................... 494
12.2.2 Das Bevölkerungswachstum bis heute .......................................... 494
12.2.3 Vorhersagen ............................................................. 495
12.2.4 Zwei unvermeidbare Entwicklungen ........................................... 497
12.2.5 Wie groß ist die globale Umweltkapazität?....................................... 500
12.3 Die Nutzung natürlich vorkommender, lebender Ressourcen ......................... 502
12.3.1 Fischerei - maximaler Dauerertrag............................................. 502
12.3.2 Maximaler Dauerertrag durch feste Quoten...................................... 504
12.3.3 Maximaler Dauerertrag durch gleichbleibenden Aufwand............................ 506
12.3.4 Jenseits des maximalen Dauerertrages: Umweltfluktuationen und Populationsstruktur....... 507
12.4 Der Anbau von Monokulturen................................................ 509
12.4.1 Degradation und Erosion des Bodens .......................................... 512
12.4.2 Die Nachhaltigkeit von Wasser als Ressource ..................................... 515
12.5 Schädlingsbekämpfung ..................................................... 518
12.5.1 Ziele der Schädlingsbekämpfung: ökonomische Schadensschwelle und
Bekämpfungsschwelle ...................................................... 518
12.5.2 Die Probleme mit chemischen Pestiziden - und ihre Vorzüge......................... 519
12.5.3 Biologische Schädlingsbekämpfung ............................................ 522
12.6 Integrierte Anbausysteme ................................................... 524
12.7 Die Vorhersage landwirtschaftlich verursachter globaler Umweltveränderungen............ 529
Zusammenfassung......................................................... 530
Quiz................................................................... 532
XVI
Inhaltsverzeichnis
13 Umweltverschmutzung.................................................. 535
13.1 Einleitung............................................................... 537
13.2
Urbane
Umweltverschmutzung .............................................. 537
13.2.1 Erd- und Feuerbestattung................................................... 537
13.2.2 Fäzes, Urin und andere
urbane
Abfallstoffe ...................................... 538
13.3 Umweltverschmutzung durch Landwirtschaft..................................... 543
13.3.1 Intensive Nutztierhaltung ................................................... 544
13.3.2 Nitrat.................................................................. 545
13.3.3 Pestizide................................................................ 547
13.4 Luftverschmutzung ....................................................... 552
13.4.1 Kohlenstoffdioxid - ein Hauptfaktor der Luftverschmutzung ......................... 553
13.4.2 Der Treibhauseffekt........................................................ 556
13.4.3 Saurer Regen ............................................................ 558
13.4.4 Abnahme der Ozonschicht .................................................. 561
13.5 Radioaktive Strahlung...................................................... 562
13.6 Bergbau und Gesteinsabbau.................................................. 566
13.7 Restaurationsökologie ..................................................... 569
Zusammenfassung......................................................... 571
Quiz................................................................... 573
14 Naturschutz ........................................................... 575
14.1 Einleitung............................................................... 577
14.2 Bedrohungen
fur
das Überleben von Arten ...................................... 579
14.2.1 Übernutzung ............................................................ 583
14.2.2 Habitatzerstörung......................................................... 584
14.2.3 Eingeführte Arten......................................................... 585
14.2.4 Mögliche genetische Probleme in kleinen Populationen ............................. 586
14.2.5 Welche Risiken gibt es? ..................................................... 589
14.2.6 Populationsdynamik in kleinen Populationen ..................................... 590
14.3 Gefahren für Lebensgemeinschaften............................................ 593
14.4 Angewandter Naturschutz................................................... 597
14.4.1 Artenschutzprogramme..................................................... 597
14.4.2 Ex-situ -Artenschutz........................................................ 602
14.4.3 Schutzgebiete............................................................ 604
14.4.4 Renaturierungsökologie..................................................... 606
14.4.5 Zum Schluß: ein therapeutischer Ansatz für den Naturschutz ......................... 608
Zusammenfassung......................................................... 609
Quiz................................................................... 612
www-Fragen............................................................. 612
Literatur ...................................................................... 615
Sachwortverzeichnis.............................................................. 629
XVII
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Inhaltsverzeichnis
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Teilbibliothek Weihenstephan
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| Exemplar 1 | Ausleihbar Am Standort |