abiweb
online lernen

Die perfekte Abiturvorbereitung
in Biologie

Im Kurspaket Biologie erwarten Dich:
  • 123 Lernvideos
  • 515 Lerntexte
  • 1880 interaktive Übungen
  • original Abituraufgaben

Populationsökologie- und wachstum

Obwohl sich die Ökologie eher mit dem Individuum beschäftigt, betrachtet die Populationsökologie das Wachstum und die Interaktionen bzw. Wechselbeziehung von Individuen innerhalb einer Population bzw. von Populationen untereinander.

Merke

Hier klicken zum AusklappenDefinition einer Population:
  • Gruppe von Individuen einer Art in einem bestimmten Gebiet, die eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden.

Populationswachstum

Das Wachstum einer Population lässt sich am einfachsten am Beispiel einer Bakterienkultur zeigen. Bakterien reproduzieren sich ungeschlechtlich durch Zweiteilung.

Bakterien haben ein konstante Verdopplungszeit (z.B. Escherichia coli, optimale Wachstumsbedingungen ergeben eine Teilung nach ca. 20 min). Nach 12 Stunden entspricht dies 36 Generationen, also 236. 1012 Bakterien wiegen gerade einmal 1 g! Dieses Wachstumsverhalten wird als exponentielles Wachstum bezeichnet.

Merke

Hier klicken zum Ausklappenexponentielles Wachstum: N(I) = 2n

Wo liegen die Grenzen dieses Wachstums? Wie werden die Phasen des Wachstums bezeichnet? Was passiert, wenn Geburten- und Sterberate genau gleich stark sind?

Wachstumsgleichung:

Sie haben 1.000 Bakterien. In der ersten Generation entstehen 1.000 weitere (einfache Zweiteilung unter optimalen Bedingungen).

Daraus folgt:

Geburtenrate = 1.000 [Bakterien vorhanden] / 1.000 [Bakterien neu] = 1

Angenommen, nach der Teilung sterben jeweils 100 Bakterien; dann ergibt sich die Sterberate folgendermaßen:

Sterberate = 100 [sterbende Bakterien] / 1.000 [vorhandene Bakterien] = 0,1

Die Gleichung sagt aus, wie viele der Bakterien überleben, nämlich 900 von 1.000 bzw. 0,9 bzw. 90 %. Durch die Sterberate der Bakterien ergibt sich eine Verringerung der Wachstumsrate um 0,1 (10 %).

Soll nun der tatsächliche Zuwachs an Individuen (einzelner Bakterien) in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt werden, wird folgende Gleichung angewandt:

dN/dt = r x N

dN: Änderung der Anzahl vorhandener Individuen (Bakterien)

dt: Zeitfenster, in dem gemessen wird; Bsp.: 2 h, 24 h, 3 Wochen ...

r: beschreibt die Wachstumsrate (= Geburtenrate – Sterberate)

Unter der Annahme einer Wachstumsrate von 1 (alle Bakterien überleben) würde das Populationswachstum einer Bakterienkultur aussehen wie folgt:

Generation

Anzahl Bakterien

Allgemein

0

1

N

1

2

N + N x r = N (1 + r)

2

4

N + N x r + N x r = N (1+r)2

3

8

N + N x r + N x r + N x r = N (1+r)3

4

16

N + N x r + N x r + N x r + N x r =

N (1+r)4

5

32

N ( 1 + r)5

6

64

N ( 1 + r)6

7

128

N ( 1 + r)7

n

 

N + ....N x r + N x r...... = N (1+r)n

Dieses Wachstum hängt allerdings stark von der Kapazität K ab. Die Kapazität des Lebensraums beschreibt die Umweltbedingungen, also das Vorhandensein von Nahrung, Platz, Schadstoffen usw.

Für Bakterien im Labor stellt sich die Frage, ob ausreichend frisches Wachstumsmedium und genügend Sauerstoff in der Kultur vorhanden sind.

Der Zuwachs der Bakterien hängt stark davon ab, wie viele Ressourcen noch im Wachstumsmedium verfügbar sind.

Dies ist in der Wachstumsgleichung zu berücksichtigen:

                                 

$dN/dt = r * N (K -N/N)$

$dN/dt = r * N - (r * N^2 / K)$

$r * N$ entspricht der exponentiellen Zunahme,

$r*(N^2/K)$ der nicht verwirklichten Zunahme.

Hinweis

Hier klicken zum Ausklappen

Diese Angaben bitte nicht auswendig lernen, sondern das Prinzip verstehen.

Links: Exponentielles Wachstum. Rechts: reales Wachstum: Bakterielles Wachstum geht, nach einer langsamen Lag-Phase in ein exponentielles Wachstum über. Danach folgt die stationäre Phase. In der folgenden Abbildung sind die Phasen nochmals genauer definiert.
Links: Exponentielles Wachstum. Rechts: reales Wachstum.
Wachstum einer Bakterienkultur: das Wachstumsverhalten zeigt verschiedene charakteristische Phasen. Über die langsam beginnenden Teilungsprozesse in der lag-Phase, zur optimalen Teilungsraten in der exponentiellen Phase hin zur stationären Phase. Hier ist nicht klar ob die Bakterien sich nicht mehr teilen, oder ob 50% der Population sich teilen (und wachsen) und 50% der Population tot sind.....
Wachstum einer Bakterienkultur.

Das Wachstumsverhalten zeigt verschiedene charakteristische Phasen. Über die langsam beginnenden Teilungsprozesse in der lag-Phase, zur optimalen Teilungsrate in der exponentiellen Phase hin zur stationären Phase. Hier ist nicht klar ob die Bakterien sich nicht mehr teilen, oder ob 50% der Population sich teilen (und wachsen) und 50% der Population tot sind.

Die Buchstaben r für Wachstumsrate und K für Kapazität der Umwelt werden auch zur Beschreibung von Fortpflanzungsstrategien eingesetzt.

r- und K-Strategen

  • r- Strategie (Wachstumsrate):
    • Arten werden als „Ausbreitungstyp“ bezeichnet
    • leben meist auf/in kurzlebigen Lebensräumen, wie z.B. Aas, Pilze....
    • Wirbeltierbeispiele: Hase, Feldmaus, Kaninchen
      • Ziel: möglichst viele Nachkommen in kurzer Zeit produzieren
  • K-Strategie (Kapazität des Lebensraums):
    • „Platzhaltertyp“, wie z.B. Bäume, Tiere mit langer Brutpflege
    • Beispiele: Elefanten, Wale, Primaten, Menschen aber auch Insektenvölker die große Staaten bilden
      • Ziel: lange Lebensdauer, gut angepasst an K, gleich bleibende Populationsgröße

Wer r- oder K-Stratege ist, muss immer im Verhältnis von zwei Arten gesehen werden. So ist z.B. die Maus im Verhältnis zum Elefanten ein r-Stratege, im Verhältnis zu Bakterien aber ein K-Stratege.

Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Ökologie

abiweb - Abitur-Vorbereitung online (abiweb.de)
Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Was ist Ökologie? Grundlegende Regeln im Haushaltsspiel der Natur
    • Einleitung zu Was ist Ökologie? Grundlegende Regeln im Haushaltsspiel der Natur
    • Ökologie als Thema im Abitur
    • Umweltfaktoren
    • Physiologische und ökologische Potenz
    • Zeigerorganismen
    • Einfluss abiotischer Faktoren
      • Einleitung zu Einfluss abiotischer Faktoren
      • Einfluss der Temperatur auf Lebensvorgänge
        • Einleitung zu Einfluss der Temperatur auf Lebensvorgänge
        • Regelkreise (generell)
        • Regelkreis zur Thermoregulation
      • Einfluss der Temperatur auf Pflanzen
      • Einfluss von Wasser- und Ionenverfügbarkeit auf Pflanzen
        • Einleitung zu Einfluss von Wasser- und Ionenverfügbarkeit auf Pflanzen
        • Wasser- und Stofftransport in der Pflanze
        • Osmoregulation: Meerestiere-Süßwassertiere-Landtiere
      • Extrembereiche des Lebens
      • Fotosynthese
    • Einfluss biotischer Umweltfaktoren
      • Einleitung zu Einfluss biotischer Umweltfaktoren
      • Konkurrenzausschlußprinzip
    • Zusammenfassung: Was ist Ökologie?
  • Überlebensstrategien
    • Einleitung zu Überlebensstrategien
    • Parasitismus
      • Einleitung zu Parasitismus
      • Malaria - ein Beispiel für Parasitismus
    • Symbiose
    • Zusammenfassung: Überlebensstrategien
  • Populationsökologie- und wachstum
    • Einleitung zu Populationsökologie- und wachstum
    • Regulation des Populationswachstums
      • Einleitung zu Regulation des Populationswachstums
      • Dichteabhängige und dichteunabhängige Regulation des Populationswachstums
    • Räuber und Beute (Lotka-Volterra)
    • Zusammenfassung: Populationsökologie
  • Ökosysteme
    • Einleitung zu Ökosysteme
    • Spieler im Ökosystem
    • Räumliche und zeitliche Struktur des Ökosystems
    • Mosaik-Zyklus-Theorie
    • Sukzession
    • Energiefluss und Trophieebenen
      • Einleitung zu Energiefluss und Trophieebenen
      • Schadstoffanreicherung - Umkehrung der Nahrungskette
    • Stoffkreisläufe
      • Einleitung zu Stoffkreisläufe
      • Einfluss abiotischer und biotischer Faktroren auf den Stickstoffkreislauf
  • aquatische Ökosysteme
    • Einleitung zu aquatische Ökosysteme
    • stehendes Gewässer - See
      • Einleitung zu stehendes Gewässer - See
      • See im Wechsel der Jahreszeiten
      • Stoffkreislauf im See
    • Fließgewässer
      • Einleitung zu Fließgewässer
      • Selbstreinigung
        • Einleitung zu Selbstreinigung
        • Gewässergüte
          • Einleitung zu Gewässergüte
          • Messwerte zur Bestimmung der Wassergüte
          • Saprobienindex
          • Phosphatfalle und Überdüngung
        • Gewässergüteklassen
      • Beispiele zur Renaturierung von Fließgewässern
  • terrestrisches Ökosystem
    • Einleitung zu terrestrisches Ökosystem
    • Aufbau des Waldes
    • Aufbau des Waldbodens
    • Vegetationsaufnahmen
      • Einleitung zu Vegetationsaufnahmen
      • Standortbeurteilungen (Zeigerwerte)
    • Funktionen des Waldes
    • Waldsterben
  • Zusammenfassung: Ökosysteme
    • Einleitung zu Zusammenfassung: Ökosysteme
  • Nachhaltige Entwicklung
    • Einleitung zu Nachhaltige Entwicklung
    • ökologische Schädlingsbekämpfung
    • nachhaltige Bodennutzung
    • Fallbeispiel: Naturfreibad Grone
    • Klimawandel
    • Zusammenfassung: Nachhaltige Entwicklung
  • Literatur Ökologie
    • Einleitung zu Literatur Ökologie
  • Ende des Kurses Ökologie
    • Einleitung zu Ende des Kurses Ökologie
  • 65
  • 15
  • 290
  • 73