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10.2: Die Rolle der Arten in Gemeinschaften - Biologie

10.2: Die Rolle der Arten in Gemeinschaften - Biologie


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Gemeinschaften werden durch Gründungsarten und Schlüsselarten geprägt, während invasive Arten das natürliche Gleichgewicht eines Gebiets stören.

Lernziele

  • Unterscheiden Sie zwischen Grund-, Schlussstein- und invasiven Arten

Wichtige Punkte

  • Eine Gemeinschaft wird durch die Struktur der verschiedenen Arten definiert, die sie bewohnen und wie sich diese Strukturen im Laufe der Zeit verändern.
  • Foundation-Arten verändern die Umgebung, in der andere Arten leben, und modifizieren sie zum Nutzen der dort lebenden Organismen.
  • Keystone-Arten erhalten die Biodiversität; ihre Entfernung kann die Dynamik innerhalb der Gemeinschaft stark verändern.
  • Invasive Arten sind nicht einheimische Organismen, die in ein Gebiet eingeführt werden, das möglicherweise bessere Konkurrenten ist und sich schneller vermehren als einheimische Arten; sie neigen dazu, das natürliche Gleichgewicht zu stören.

Schlüsselbegriffe

  • invasive Arten: jede Art, die in eine Umgebung eingeschleppt wurde, in der sie nicht heimisch ist und seitdem durch schnelle Ausbreitung und Zunahme der Zahl, oft zum Nachteil einheimischer Arten, zu einem Ärgernis geworden ist
  • Gemeinschaft: eine Gruppe von voneinander abhängigen Organismen, die dieselbe Region bewohnen und miteinander interagieren
  • Schlüsselarten: eine Art, die trotz ihrer relativ geringen zahlenmäßigen Häufigkeit einen großen, stabilisierenden Einfluss auf eine ökologische Lebensgemeinschaft ausübt

Eigenschaften von Gemeinschaften

Gemeinschaften sind komplexe Einheiten, die durch ihre Struktur (die Arten und Anzahl der vorhandenen Arten) und Dynamik (wie sich Gemeinschaften im Laufe der Zeit verändern) charakterisiert werden können. Das Verständnis der Gemeinschaftsstruktur und -dynamik ermöglicht es Gemeinschaftsökologen, Ökosysteme effektiver zu verwalten. Es gibt drei Hauptarten von Arten, die als Grundlage für eine Gemeinschaft dienen. Dazu gehören die Gründungsarten, Keystone-Arten und invasive Arten. Jeder von ihnen hat eine spezifische Rolle bei der Bildung von Gemeinschaften.

Foundation-Arten

Gründungsarten gelten als „Basis“ oder „Grundgestein“ einer Gemeinschaft und haben den größten Einfluss auf ihre Gesamtstruktur. Sie sind normalerweise die Primärproduzenten: Organismen, die den größten Teil der Energie in die Gemeinschaft bringen. Kelp, eine Braunalge, ist eine Basisart, die die Grundlage der Kelpwälder vor der Küste Kaliforniens bildet.

Fundamentarten können die Umwelt physisch verändern, um Lebensräume zu schaffen und zu erhalten, die den anderen Organismen, die sie nutzen, zugute kommen. Ein Beispiel sind die photosynthetischen Korallen des Korallenriffs. Korallen selbst sind keine Photosynthese, sondern beherbergen Symbionten in ihrem Körpergewebe (Dinoflagellaten, Zooxanthellen genannt), die Photosynthese betreiben; Dies ist ein weiteres Beispiel für Gegenseitigkeit. Die Exoskelette lebender und toter Korallen machen den größten Teil der Riffstruktur aus, die viele andere Arten vor Wellen und Meeresströmungen schützt.

Schlüsselarten

Eine Keystone-Art ist eine Art, deren Vorhandensein der Schlüssel zum Erhalt der Biodiversität innerhalb eines Ökosystems und zur Aufrechterhaltung der Struktur einer ökologischen Gemeinschaft ist. Der Gezeitenseestern, Pisaster ochraceus, der nordwestlichen Vereinigten Staaten ist eine Schlüsselart. Studien haben gezeigt, dass, wenn dieser Organismus aus den Gemeinschaften entfernt wird, die Populationen seiner natürlichen Beutetiere (Muscheln) zunehmen, was die Artenzusammensetzung vollständig verändert und die Artenvielfalt reduziert. Eine weitere Schlüsselart ist der Gebänderte Salmler, ein Fisch in tropischen Bächen, der dem Rest der Gemeinschaft fast den gesamten Phosphor, einen notwendigen anorganischen Nährstoff, liefert. Würden diese Fische aussterben, wäre die Gemeinschaft stark betroffen.

Invasive Arten

Invasive Arten sind fremde Arten, deren Einschleppung der Wirtschaft und der Umwelt Schaden zufügen kann. Diese Arten haben viele Möglichkeiten, in fremde Umgebungen einzudringen, auch durch das Ballastwasser von Schiffen: Wenn Flugzeuge starten, können sich manchmal Organismen im Frachtraum festsetzen. Wenn das Flugzeug an seinem Ziel ankommt, befinden sich die Organismen nun in einer fremden Umgebung. Reisende schmuggeln manchmal illegal Gegenstände wie Früchte, Pflanzen oder sogar Tiere als Haustiere von einem Staat in einen anderen.

Invasive Arten sind oft bessere Konkurrenten als einheimische Arten, was zu Populationsexplosionen führt. Diese neuen Arten überholen normalerweise die einheimischen Populationen und treiben sie zum lokalen Aussterben.

Eine der vielen jüngsten Verbreitungen einer invasiven Art betrifft das Wachstum asiatischer Karpfenpopulationen. Asiatische Karpfen wurden in den 1970er Jahren von Fischereien und Kläranlagen in die Vereinigten Staaten eingeführt, die die hervorragende Filterfütterungsfähigkeit der Fische nutzten, um ihre Teiche von überschüssigem Plankton zu reinigen. Einige der Fische entkamen jedoch, und in den 1980er Jahren hatten sie viele Wasserstraßen des Mississippi-Beckens kolonisiert, darunter die Flüsse Illinois und Missouri.

Als gefräßige Esser und schnelle Vermehrer können asiatische Karpfen einheimische Arten um Nahrung verdrängen, was möglicherweise zum Aussterben einheimischer Arten führt. Zum Beispiel sind schwarze Karpfen gefräßige Esser von einheimischen Muscheln und Schnecken, was diese Nahrungsquelle für einheimische Fischarten begrenzt. Silberkarpfen fressen Plankton, von dem sich einheimische Muscheln und Schnecken ernähren, und reduzieren diese Nahrungsquelle durch eine andere Veränderung des Nahrungsnetzes. In einigen Gebieten des Mississippi sind asiatische Karpfenarten vorherrschend und verdrängen einheimische Fische effektiv um ihren Lebensraum. In einigen Teilen des Illinois River machen asiatische Karpfen 95 Prozent der Biomasse der Gemeinde aus. Obwohl essbar, ist der Fisch knochig und in den Vereinigten Staaten kein begehrtes Nahrungsmittel. Darüber hinaus bedroht ihre Anwesenheit die einheimischen Fische und die Fischerei der Großen Seen, die für die lokale Wirtschaft und Freizeitangler wichtig sind. Asiatische Karpfen haben sogar Menschen verletzt. Die Fische, die durch das Geräusch sich nähernder Motorboote erschreckt werden, stoßen sich in die Luft, landen oft im Boot oder treffen direkt auf die Bootsfahrer.

Eine befallene Wasserstraße von besonderer Bedeutung ist der Chicago Sanitary and Ship Channel, die wichtigste Wasserstraße, die die Großen Seen mit dem Mississippi verbindet. Um zu verhindern, dass die asiatischen Karpfen den Kanal verlassen, wurde eine Reihe von elektrischen Barrieren erfolgreich eingesetzt, um ihre Wanderung zu verhindern. Die Bedrohung ist jedoch so groß, dass mehrere Bundesstaaten und Kanada verklagt haben, den Chicago-Kanal dauerhaft vom Michigansee abzuschneiden. Lokale und nationale Politiker haben sich mit der Lösung des Problems befasst, aber niemand weiß, ob der asiatische Karpfen letztendlich als Ärgernis angesehen wird, wie andere invasive Arten wie die Wasserhyazinthe und die Zebramuschel, oder ob er der Zerstörer sein wird der größten Süßwasserfischerei der Welt.


10.2: Die Rolle der Arten in Gemeinschaften - Biologie

Biologisches Artenkonzept

Das biologische Artenkonzept definiert eine Art als Mitglieder von Populationen, die sich tatsächlich oder potentiell in der Natur kreuzen, nicht nach Ähnlichkeit des Aussehens. Obwohl das Aussehen bei der Identifizierung von Arten hilfreich ist, definiert es keine Arten.

Aussehen ist nicht alles
Organismen können gleich erscheinen und verschiedene Arten sein. Zum Beispiel Westliche Wiesenlerche (Sturnella vernachlässigen) und östliche Wiesenlerche (Sturnella magna) sehen fast identisch aus, kreuzen sich aber nicht miteinander — daher sind sie gemäß dieser Definition separate Arten.

Die Westliche Wiesenlerche (links) und die Östliche Wiesenlerche (rechts) scheinen identisch zu sein, und ihre Verbreitungsgebiete überschneiden sich, aber ihre unterschiedlichen Gesänge verhindern eine Vermischung.

Hinzufügen zum Problem
Auf zwei Schwierigkeiten mit dem biologischen Artenkonzept haben wir bereits hingewiesen: Was macht man mit asexuellen Organismen und was macht man mit Organismen, die gelegentlich Hybriden miteinander bilden? Andere Schwierigkeiten sind:

    Was ist mit "potenziell kreuzen" gemeint? Wenn eine Froschpopulation durch eine Autobahn geteilt würde, wie unten gezeigt, die die beiden Froschgruppen daran hinderte, sich zu kreuzen, sollten wir sie dann als getrennte Arten bezeichnen? Wahrscheinlich nicht —, aber wie weit müssen sie voneinander entfernt sein, bevor wir die Grenze ziehen?

sind Arten mit einer geographischen Verbreitung, die einen Ring bildet und sich an den Enden überlappt. Die vielen Unterarten von Ensatin Salamander in Kalifornien weisen in ihrem gesamten Verbreitungsgebiet subtile morphologische und genetische Unterschiede auf. Sie alle kreuzen sich mit ihren unmittelbaren Nachbarn, mit einer Ausnahme: Wo sich die äußersten Enden des Verbreitungsgebiets in Südkalifornien überschneiden, E. klauberi und E. eschscholtzii nicht kreuzen. Wo markieren wir den Punkt der Artbildung?

Diese Trilobiten-Linie unten entwickelte sich allmählich im Laufe der Zeit:

Sollten wir Trilobit A als separate Spezies von Trilobit D betrachten, und wenn ja, wo sollten wir die Abstammungslinie in separate Spezies aufteilen?


10.2: Die Rolle der Arten in Gemeinschaften - Biologie

"Ökologische Sukzession" ist der beobachtete Veränderungsprozess in der Artenstruktur einer ökologischen Gemeinschaft im Laufe der Zeit. Innerhalb jeder Gemeinschaft können einige Arten über einen bestimmten Zeitraum weniger häufig vorkommen oder sogar ganz aus dem Ökosystem verschwinden. In ähnlicher Weise können über einen gewissen Zeitraum andere Arten innerhalb der Gemeinschaft häufiger vorkommen oder neue Arten können sogar aus angrenzenden Ökosystemen in die Gemeinschaft eindringen. Diese beobachtete Veränderung des Lebens in einem bestimmten Ökosystem im Laufe der Zeit ist "ökologische Sukzession".

Warum kommt es zur "ökologischen Sukzession"?

Jede Art hat eine Reihe von Umweltbedingungen, unter denen sie am besten wachsen und sich vermehren kann. In einem gegebenen Ökosystem und unter den Umweltbedingungen dieses Ökosystems werden die Arten, die am effizientesten wachsen und die lebensfähigsten Nachkommen produzieren können, die am häufigsten vorkommenden Organismen. Solange die Umweltbedingungen des Ökosystems konstant bleiben, werden diejenigen Arten gedeihen, die optimal an diese Bedingungen angepasst sind. Der "Motor" der Sukzession, die Ursache der Ökosystemveränderung, ist der Einfluss etablierter Arten auf ihre eigene Umwelt. Eine Folge des Lebens ist die manchmal subtile und manchmal offenkundige Veränderung der eigenen Umgebung. Die ursprüngliche Umgebung mag für die erste Pflanzen- oder Tierart optimal gewesen sein, aber die neu veränderte Umgebung ist oft für einige andere Pflanzen- oder Tierarten optimal. Unter den veränderten Umweltbedingungen kann die vormals dominante Art versagen und eine andere Art aufsteigen.

Eine ökologische Sukzession kann auch auftreten, wenn sich die Bedingungen einer Umgebung plötzlich und drastisch ändern. Waldbrände, Stürme und menschliche Aktivitäten wie die Landwirtschaft verändern die Bedingungen einer Umwelt stark. Diese massiven Kräfte können auch Arten zerstören und so die Dynamik der ökologischen Gemeinschaft verändern, was einen Kampf um die Vorherrschaft unter den noch vorhandenen Arten auslöst.

Gibt es Beispiele für „ökologische Sukzession“ auf dem Naturlehrpfad?

Die Nachfolge ist eines der großen Themen unseres Naturlehrpfades. Sowohl der laufende Nachfolgeprozess als auch die Folgen vergangener Nachfolgeereignisse können an fast jedem Punkt des Weges beobachtet werden. Der Anstieg und Rückgang zahlreicher Arten innerhalb unserer verschiedenen Gemeinschaften veranschaulicht beide Arten von treibenden Kräften der Sukzession: den Einfluss einer etablierten Art auf die Veränderung der Umweltbedingungen eines Standorts und den Einfluss großer externer Kräfte auf die plötzliche Veränderung der Umweltnatur von eine Seite. Beide dieser Kräfte wählen notwendigerweise aus, dass neue Arten im Ökosystem aufsteigen und möglicherweise dominant werden.

Einige konkrete Beispiele für beobachtbare Nachfolge sind:
1. Das Wachstum von Laubbäumen (einschließlich Esche, Pappel und Eiche) innerhalb des Rotkiefer-Anpflanzungsgebiets. Die Folge dieses Hartholzbaumwachstums ist die verstärkte Verschattung und das anschließende Absterben der sonnenliebenden Rotkiefern durch die schattentoleranten Hartholzkeimlinge. Die durch die Kiefern erzeugten schattigen Waldbodenverhältnisse verhindern das Wachstum sonnenliebender Kiefernsämlinge und ermöglichen das Wachstum der Harthölzer. Die Folge des Wachstums der Harthölzer ist der Niedergang und die Veralterung des Kiefernwaldes. (Beobachten Sie die abgestorbenen Kiefern, die gefallen sind. Beobachten Sie die jungen Harthölzer, die unter den noch lebenden Kiefern wachsen).
2. Das Himbeerdickicht, das in den sonnenbeschienenen Waldabschnitten unter den Lücken im Blätterdach wächst, die durch vom Wind geworfene Bäume erzeugt werden. Himbeerpflanzen brauchen Sonnenlicht, um zu wachsen und zu gedeihen. Unter dem dichten Schattendach vor allem der Rotkiefern, aber auch unter den dichten Eichenbeständen reicht das Sonnenlicht nicht zum Überleben der Himbeere. Überall dort, wo ein Baum gefallen ist, haben sich die Himbeerstöcke jedoch zu dichten Dickichten ausgebreitet. Sie können diese sukzessive Folge der Veränderung des Makroökosystems innerhalb des Rotkiefernbestandes und entlang der offeneren Abschnitte des Weges beobachten. In diesem Himbeerdickicht befinden sich übrigens dichte Wucherungen von Hartholzsämlingen. Die Himbeerpflanzen schaffen eine geschützte "Kinderstube" für diese Setzlinge und verhindern, dass ein großer Browser von Baumsetzlingen (der Weißwedelhirsch) die jungen Bäume frisst und zerstört. Indem diese Bäume einen schattigen Zufluchtsort bieten, in dem die Himbeerpflanzen wachsen können, errichten Sie die zukünftige Baumkrone, die den zukünftigen Waldboden weitgehend beschattet und folglich das zukünftige Wachstum weiterer Himbeerpflanzen verhindert!
3. Das Nachfolgegrundstück "Garten". Diese Parzelle wurde im April 2000 angelegt (siehe Fotoserie auf der Seite "Succession Garden Plot"). Die anfängliche Pflanzengemeinschaft, die innerhalb der Grenzen dieser Parzelle etabliert wurde, bestand aus den Arten, die das periodische Mähen tolerieren konnten, das dieses "Gras"-Ökosystem "kontrolliert". Bald jedoch etablierten sich andere Pflanzenarten als Folge des Abbaus des Mähstresses. Durch die zunehmende Beschattung der Bodenoberfläche und die erhöhte Feuchtigkeitsspeicherung der ungestörten Boden-Streu-Grenzfläche konnte im Nachfolgegarten im Laufe der Zeit eine noch größere Pflanzenvielfalt wachsen und gedeihen. Schließlich etablierten sich größere, verholzende Pflanzen, die die sonnenliebende Unkrautgemeinschaft abschirmten. In den kommenden Jahren erwarten wir, dass im Nachfolgegarten Baumsetzlinge heranwachsen und langsam einen neuen Waldabschnitt errichten.

Wie wirkt sich die ökologische Sukzession auf den Menschen aus?

Ökologische Sukzession ist eine Naturgewalt. Ökosysteme befinden sich aufgrund der oben erwähnten internen Artendynamik und externen Kräfte in einem ständigen Prozess der Veränderung und Neustrukturierung. Um zu verstehen, wie sich die ökologische Sukzession auf den Menschen auswirkt und auch um die unglaublichen Zeit- und Geldkosten der ökologischen Sukzession zu verstehen, muss man sich nur ein frisch bestelltes Gartengrundstück vorstellen. Die Rodung des Landes für den Garten und die Vorbereitung des Bodens für die Bepflanzung stellt ein großes externes Ereignis dar, das ein zuvor stabilisiertes Ökosystem radikal umstrukturiert und zerstört. Das gestörte Ökosystem wird sofort einen Prozess der ökologischen Sukzession beginnen. An die sonnigen Bedingungen und den gebrochenen Boden angepasste Pflanzenarten werden schnell in den Standort eindringen und sich schnell und dicht etablieren. Diese eindringenden Pflanzen nennen wir "Unkraut". Nun haben „Unkräuter“ sehr wichtige ökologische Rollen und Funktionen (siehe zum Beispiel die Diskussion „Wintervögel“), aber auch Unkräuter konkurrieren mit den Gartenpflanzen um Nährstoffe, Wasser und Raum. Unbeaufsichtigt wird ein Garten schnell zu einem Unkrautfleck, in dem die konkurrenzschwächeren Gartenpflanzen durch das robust produktive Unkraut erstickt und vernichtet werden. Die einzige Möglichkeit eines Gärtners besteht darin, viel Zeit und Energie damit zu verbringen, den Garten zu jäten. Dieser Energieeintrag ist direkt proportional zur "Energie", die der Kraft der ökologischen Sukzession innewohnt. Wenn Sie dieses Szenario in sehr kleinem Maßstab auf alle landwirtschaftlichen Felder und Systeme der Erde übertragen und alle Aktivitäten aller Bauern und Gärtner visualisieren, die unsere Lebensmittel anbauen, bekommen Sie eine Vorstellung von den immensen Kosten in Bezug auf Zeit, Treibstoff, Herbizide und Pestizide, die der Mensch aufgrund der ökologischen Sukzession in jeder Vegetationsperiode bezahlt.

Hört die ökologische Sukzession jemals auf?

Es gibt ein Konzept in der ökologischen Sukzession, das als "Klimax"-Gemeinschaft bezeichnet wird. Die Klimax-Community stellt ein stabiles Endprodukt der Sukzession dar. In der Klima- und Landschaftsregion des Naturlehrpfades ist diese Klimax-Gemeinde die Unterteilung „Eichen-Pappel-Wald“ des Laubwaldbioms. Ein etablierter Eichen-Pappel-Wald wird sich über einen sehr langen Zeitraum erhalten. Seine scheinbare Artenstruktur und Zusammensetzung wird sich über die beobachtbare Zeit nicht merklich ändern. Insofern könnte man sagen, dass die ökologische Sukzession „aufgehört“ hat. Wir müssen jedoch anerkennen, dass jedes Ökosystem, egal wie stabil und beständig sein mag, massiven externen Störkräften (wie Bränden und Stürmen) ausgesetzt sein könnte, die den Sukzessionsprozess neu anstoßen und auslösen könnten. Solange diese zufälligen und potenziell katastrophalen Ereignisse möglich sind, ist es nicht absolut zutreffend zu sagen, dass die Nachfolge beendet ist. Auch über lange Zeiträume ("geologische Zeit") verändern sich die klimatischen Bedingungen und andere grundlegende Aspekte eines Ökosystems. Diese geologischen Zeitskalenänderungen sind in unserer "ökologischen" Zeit nicht beobachtbar, aber ihre grundlegende Existenz und historische Realität kann nicht bestritten werden. Kein Ökosystem hat also existiert oder wird über eine geologische Zeitskala unverändert oder unverändert existieren.

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Die Rolle des Artenwettbewerbs für die Biodiversität

Schädel verschiedener Caniden-Gattungen Vulpes (Korsakfuchs), Nyctereutes (Marderhund), Cuon (Dhole) und Canis (Goldschakal) Quelle: Wikipedia.

(Phys.org) – Biodiversität ist über lange Zeiträume ein fließendes und sich veränderndes Gleichgewicht von Arten und Einflüssen. Die Diversifizierung der Arten erfolgt als Reaktion auf eine Vielzahl komplexer Faktoren, sowohl biotische als auch abiotische, und ihr Verständnis ist eine große Herausforderung der Evolutionsbiologie.

Eine Gruppe von Forschern in Schweden, der Schweiz und Brasilien hat an einer Studie über nordamerikanische Caniden zusammengearbeitet, um zu zeigen, dass die Konkurrenz mehrerer Fleischfresser-Kladen für den endgültigen Untergang zweier ausgestorbener Caniden-Unterfamilien verantwortlich ist. Sie theoretisieren, dass die konkurrierenden Prozesse, die dieses Aussterben antreiben, bei der Diversifizierung der Arten häufiger vorkommen als bisher angenommen. Die Studie ist im . veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences.

Der nordamerikanische Fossilienbestand liefert zahlreiche Beweise für die Evolutionsgeschichte der Hundefamilie Canidae und anderer bedeutender Fleischfresser. Die Forscher analysierten rund 1.500 fossile Vorkommen von 120 Canidenarten von vor etwa 40 Millionen Jahren bis heute und theoretisierten, dass die Konkurrenz durch andere Arten ein Faktor für das Aussterben war, und stellten auch Daten für fünf weitere Fleischfresserfamilien zusammen, darunter Katzen, Bärenhunde und falsche Säbel -Zahnkatzen und Bären.

Sie entwickelten einen analytischen Rahmen, um zu untersuchen, ob die Artenbildungs- und Aussterberaten auf die Entwicklung der Körpermasse reagierten – eine gute Annäherung an die Ernährung von Caniden. Die Autoren schlagen vor, dass die Körpergröße indirekt mit der Diversifikationsdynamik korrelieren kann, da eine Zunahme der Größe die Entwicklung von hyperkarnivorem Verhalten und selektiver Nahrungsaufnahme prädisponiert. Diese Anpassungsbeschränkungen setzen Caniden vom Aussterben bedroht, indem sie ihre möglichen Nahrungsquellen einschränken.

Über einen Bayesschen Analyserahmen haben die Forscher festgestellt, dass die beiden ausgestorbenen Unterfamilien, die die Grundlage ihrer Studie bilden, letztendlich durch die Konkurrenzeffekte anderer Fleischfressergruppen ausgelöscht wurden, die früher als seltenes Vorkommen galten, aber zunehmend als wichtiger Einfluss auf die Biodiversität angesehen wurden .

Es wird allgemein angenommen, dass Klimawandelereignisse ein Hauptgrund für das Aussterben und die Artbildung sind, aber die Studie legt stark nahe, dass der Wettbewerb zwischen verschiedenen Arten mit ähnlichen Ökologien eine wichtige Rolle spielt. Zwei biologische Mechanismen treiben den Klade-Ersatz an: passiver Ersatz und aktive Verdrängung. Beim passiven Ersatz verhindert eine etablierte Fleischfressergruppe die Strahlung einer Konkurrenzpopulation. Der Wettbewerber kann erst strahlen, wenn die amtierende Fleischfressergruppe abnimmt.

Aktive Vertreibung ist der Prozess, bei dem die Zunahme der Vielfalt einer Klade den Niedergang einer anderen Klade verursacht, indem sie um begrenzte Ressourcen konkurriert. „Der Untergang der nicht-aviären Dinosaurier durch den Meteoriteneinschlag in der Kreide-Paläogenese vor etwa 66 Millionen Jahren und die anschließende evolutionäre und ökologische Diversifizierung von Säugetieren sind ein ikonisches Beispiel für passiven Ersatz“, schreiben die Autoren.

Die Autoren fanden Beweise für signifikante Veränderungen der Artbildungs- und Aussterberaten für die beiden ausgestorbenen Caniden-Unterfamilien, Hesperocyoninae und Borophaginae, was stark darauf hindeutet, dass der Untergang einer Klade sowohl durch ihre Aussterberate als auch durch ihr Fehlen ihrer Entstehung getrieben wird.

Die Forscher berichten, dass Veränderungen der Artbildungs- und Aussterberaten der beiden ausgestorbenen Canidengruppen stark mit Veränderungen in der Diversität mehrerer Konkurrenten korrelierten. „Unsere Ergebnisse zeigen stark, dass der Wettbewerb zwischen mehreren Kladen von Caniden und anderen Fleischfressern die Veränderungen der Diversifizierungsraten und den Ersatz ganzer Kladen verursacht hat“, schreiben sie.

Abstrakt
Die Geschichte der Biodiversität ist geprägt von einem ständigen Austausch von Ästen im Lebensbaum. Aufstieg und Niedergang dieser Zweige (Kladen) werden letztendlich durch Veränderungen der Artenbildungs- und Aussterberaten bestimmt, die oft als Reaktion auf unterschiedliche abiotische und biotische Faktoren interpretiert werden. Das Verständnis der relativen Bedeutung dieser Faktoren bleibt jedoch eine große Herausforderung in der Evolutionsbiologie. Hier analysieren wir den reichen nordamerikanischen Fossilienbestand der Hundefamilie Canidae und anderer Fleischfresser, um die Rolle von Konkurrenz, Körpergrößenentwicklung und Klimawandel beim sequentiellen Ersatz von drei Caniden-Unterfamilien (von denen zwei ausgestorben sind) auseinanderzusetzen. Wir entwickeln einen neuartigen Bayesschen analytischen Rahmen, um zu zeigen, dass die Konkurrenz durch mehrere Fleischfresser-Kladen sukzessive den Untergang und die Ersetzung der beiden ausgestorbenen Caniden-Unterfamilien vorangetrieben hat, indem ihre Aussterberaten erhöht und ihre Artbildung unterdrückt wird. Wettbewerbseffekte sind wahrscheinlich von ökologisch ähnlichen Arten sowohl von Caniden- als auch Feliden-Kladen gekommen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Wettbewerb zwischen ganzen Kladen, der allgemein als ein seltener Prozess angesehen wird, bei der Bestimmung des sequentiellen Anstiegs und Rückgangs von Kladen eine bedeutendere Rolle spielen kann als der Klimawandel und die Entwicklung der Körpergröße.


Interdependenz von Arten in einer biotischen Gemeinschaft

Jede Organismenart – Mikrobe, Tier oder Pflanze, aus der die Gemeinschaft besteht, wird offensichtlich in ihrer Existenz und ihren Aktivitäten nicht nur durch die unbelebte physikalische und chemische Umgebung, sondern auch durch andere Arten der Gemeinschaft beeinflusst.

Diese Interdependenz zwischen verschiedenen Arten dient normalerweise der Nahrung, der Fortpflanzung und dem Schutz.

(A) Interdependenz für Lebensmittel:

Charles Elton beschrieb Gemeinschaften in Bezug auf ihre Nahrungsbeziehungen. In jeder Stallgemeinschaft produzieren Grünpflanzen ihre eigene Nahrung, pflanzenfressende Tiere an den Pflanzen und fleischfressende Tiere fressen sich gegenseitig oder Pflanzenfresser.

Die Ausscheidungsprodukte und die toten Körper von Pflanzen und Tieren füllen den Boden oder das Meer wieder auf und ermöglichen zusammen mit Sonnenenergie und Rohstoffen aus der Umwelt neues Pflanzenwachstum. Tatsächlich gibt es Tierketten, die durch Nahrung miteinander verbunden sind und die alle auf lange Sicht von Pflanzen abhängig sind. Wir bezeichnen diese als “Nahrungsketten” und alle Nahrungsketten in einer Gemeinschaft als ‘Lebensmittelzyklus’ (Elton, 1927). Jetzt wurde der Begriff “Lebensmittelzyklus” durch den Begriff “Lebensmittelnetz” ersetzt.

(B) Reproduktive Interdependenz:

Ein zweites Bindeglied zwischen den Mitgliedern einer Gemeinschaft ist die reproduktive Interdependenz. Ein bekanntes und wichtiges Beispiel hierfür sind die bestäubenden Insekten. In einigen bekannten Fällen von bemerkenswerter Spezialisierung besucht ein bestimmtes Insekt nur wenige bestimmte Blütenarten für Pollen und Nektar. Die Blüten (z. B. Löwenmäulchen) wiederum sind strukturell angepasst, um das Eindringen des Insekts zu erleichtern. Diese innige Wechselseitigkeit zeugt von einer eng miteinander verbundenen evolutionären Entwicklung von Tier und Pflanze.

Es ist ziemlich offensichtlich, wie eine solche Interdependenz zum Populationsgleichgewicht beiträgt: Die Verringerung der Insektenpopulation führt zu einer Einschränkung der Reproduktion der Pflanze und umgekehrt. Ähnlich bedeutsam für den Ausgleich des reproduktiven Wachstums der Pflanzenpopulation ist die Samenverbreitungsaktivität von Vögeln und Säugetieren und insbesondere des Menschen.

Es gibt viele andere Beispiele für reproduktive Interdependenz. Vögel wie Kuckucke legen ihre Eier in Nester anderer Vögel. Insekten wie die Gallwespe legen ihre Eier tief in das Gewebe bestimmter Pflanzen ein, wo die schlüpfenden Larven Nahrung und Schutz finden. Andere Insekten legen Eier auf oder unter die Haut verschiedener Tiere ab. Bestimmte Wespen töten Vogelspinnen und legen ihre Eier in sie. Das reproduktive Wachstum und die geografische Ausdehnung einer Gemeinschaft sind eng mit dem Ernährungsgleichgewicht korreliert.

(C) Schützende Interdependenz:

Das dritte Hauptglied zwischen den Mitgliedern einer schützenden Interdependenz der Gemeinschaft B. Wald- und Grünlandpflanzen schützen normalerweise Tiere, indem sie Schutz vor Feinden und widrigem Wetter bieten. Wenn die Schutzmöglichkeiten eingeschränkt werden, können sowohl die Tier- als auch die Pflanzenpopulation leiden. Wenn beispielsweise eine Überpopulation von Insekten die Verfügbarkeit von Pflanzenschutzmitteln unzureichend macht, werden die Insekten für Vögel und Fledermäuse leichtere Beute. Dieser Zustand kann jedoch auch die Pflanzenpopulationen reduzieren, da ihre Hauptbestäuber möglicherweise nicht mehr ausreichend wirksam sind.

Tiere werden in vielen Fällen durch Tarnung vor anderen Tieren geschützt. Eine solche Schutzvorrichtung kann Körperfarbe oder Körperformen oder beides beinhalten. Das wohl bemerkenswerteste Beispiel der Farbtarnung ist das Phänomen der Mimikry, das vor allem bei Schmetterlingen und Nachtfaltern weit verbreitet ist. Bei einigen dieser Tiere existieren Pigmentierungsmuster, die von denen anderer nicht verwandter Arten praktisch nicht zu unterscheiden sind.

Normalerweise werden solche Arten nachgeahmt, die stark sind und einige natürliche Feinde haben. Der Vorteil ist, dass ein Tier, das auch nur oberflächlich einem stärkeren ähnelt, geschützt wird, indem potenzielle Raubtiere abgeschreckt werden. Insekten zeigen auch eine Vielzahl von Tarnungen. Zum Beispiel besitzen die Individuen bestimmter Arten die detaillierte Form von Blättern oder Zweigen oder von Dornen. Eine grün gefärbte Gottesanbeterin ähnelt einem dünnen Stängel und ein Blattinsekt und ein Blattschmetterling haben eine auffallende Ähnlichkeit mit einem Blatt, auf dem sie gewöhnlich leben.

Andere Schutzeinrichtungen unterscheiden sich stark in ihrer Art. Verschiedene Vögel und einige Säugetiere ahmen den Gesang und die Stimme anderer Arten nach, entweder defensiv oder als aggressiver Köder. Der Einsiedlerkohle schützt seinen weichen Bauch in leeren Schalen entsprechender Größe. Schwärme kleiner Lotsenfische spähen großen Haien voraus und führen ihre Beschützer zu wahrscheinlicher Beute. Bedeutenden Schutz für verschiedene Tiere bietet auch der Mensch durch Domestikation, Wildgesetze, Parks und Heiligtümer.


Rolle von Keystone-Arten in einem Ökosystem

Eine Keystone-Art hilft, ein ganzes Ökosystem zu definieren. Ohne seine Schlüsselarten würde sich das Ökosystem dramatisch verändern oder ganz aufhören zu existieren.

Biologie, Ökologie, Geowissenschaften

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Donnerstag, 5. September 2019

Eine Keystone-Art ist ein Organismus, der dazu beiträgt, ein ganzes Ökosystem zu definieren. Ohne seine Schlüsselarten würde sich das Ökosystem dramatisch verändern oder ganz aufhören zu existieren.

Keystone-Arten weisen eine geringe funktionelle Redundanz auf. Das heißt, sollte die Art aus dem Ökosystem verschwinden, könnte keine andere Art ihre ökologische Nische besetzen. Das Ökosystem wäre gezwungen, sich radikal zu verändern, wodurch neue und möglicherweise invasive Arten den Lebensraum bevölkern könnten.

Jeder Organismus, von Pflanzen bis zu Pilzen, kann eine Schlüsselart sein, sie sind jedoch nicht immer die größte oder am häufigsten vorkommende Art in einem Ökosystem. Fast alle Beispiele für Keystone-Arten sind jedoch Tiere, die einen großen Einfluss auf Nahrungsnetze haben. Die Art und Weise, wie diese Tiere Nahrungsnetze beeinflussen, variiert von Lebensraum zu Lebensraum.

Fleischfresser, Pflanzenfresser und Mutualisten

Eine Keystone-Art ist oft, aber nicht immer, ein Raubtier. Nur wenige Räuber können die Verbreitung und Population einer großen Anzahl von Beutearten kontrollieren.

Das gesamte Konzept der Keystone-Arten basiert auf der Erforschung des Einflusses eines marinen Raubtiers auf seine Umwelt. Die Forschungen des amerikanischen Zoologieprofessors Robert T. Paine zeigten, dass das Entfernen einer einzigen Art, der Pisaster ochraceus sea ​​star aus einer Wattebene auf Tatoosh Island im US-Bundesstaat Washington hatte einen großen Einfluss auf das Ökosystem. Pisaster ochraceus, allgemein bekannt als violette Seesterne, sind auf der Insel Tatoosh ein wichtiges Raubtier von Muscheln und Seepocken. Nachdem die Seesterne verschwunden waren, eroberten Muscheln das Gebiet und verdrängten andere Arten, darunter benthische Algen, die Gemeinschaften von Meeresschnecken, Napfschnecken und Muscheln unterstützten. In Ermangelung einer Schlüsselart wurde die Artenvielfalt der Wattfläche innerhalb eines Jahres halbiert.

Ein weiteres Beispiel für ein Raubtier, das als Keystone-Art agiert, ist die Anwesenheit von Grauwölfen im Greater Yellowstone Ecosystem. Das Greater Yellowstone Ecosystem (GYE) ist ein riesiges und vielfältiges Ökosystem der gemäßigten Klimazonen, das sich über die Grenzen der US-Bundesstaaten Montana, Wyoming und Idaho erstreckt. Der GYE umfasst aktive geothermische Becken, Berge, Wälder, Wiesen und Süßwasserlebensräume.

Die Elch-, Bison-, Kaninchen- und Vogelarten im Greater Yellowstone Ecosystem werden zumindest teilweise durch die Anwesenheit von Wölfen kontrolliert. Das Fressverhalten dieser Beutearten sowie der Ort, an dem sie ihre Nester und Höhlen bauen, sind weitgehend eine Reaktion auf die Wolfsaktivität. Auch Aasfresserarten wie Geier werden durch die Wolfsaktivität kontrolliert.

Als die US-Regierung Ende des 19. Jahrhunderts Land für den Yellowstone-Nationalpark ausordnete, durchstreiften Hunderte von Wölfen den GYE und jagten hauptsächlich reichlich Elch- und Bisonherden. Aus Angst vor den Auswirkungen der Wölfe auf diese Herden sowie auf das lokale Vieh arbeiteten Regierungen auf lokaler, bundesstaatlicher und bundesstaatlicher Ebene daran, Wölfe aus dem GYE auszurotten. Die letzten verbliebenen Wolfswelpen in Yellowstone wurden 1924 getötet.

Dies startete eine Top-Down-Trophäenkaskade im Greater Yellowstone Ecosystem. Eine trophische Kaskade beschreibt Veränderungen in einem Ökosystem aufgrund des Hinzufügens oder Entfernens eines Raubtiers. Eine Top-Down-Trophäenkaskade beschreibt Veränderungen, die sich aus der Entfernung eines Top-Prädators eines Ökosystems ergeben. (Eine Bottom-up-Trophäenkaskade beschreibt Veränderungen, die sich aus der Entfernung eines Produzenten oder Primärverbrauchers ergeben.)

In Ermangelung eines Spitzenprädators explodierten die Elchpopulationen im Yellowstone. Elchherden konkurrierten um Nahrungsressourcen, und Pflanzen wie Gräser, Seggen und Schilf hatten weder Zeit noch Platz zum Wachsen. Überweidung beeinflusste die Populationen anderer Arten wie Fische, Biber und Singvögel. Diese Tiere sind auf Pflanzen und deren Produkte und Wurzeln, Blumen, Holz, Samen und zum Überleben angewiesen.

Die physische Geographie des Greater Yellowstone Ecosystems wurde auch durch den Verlust von Wölfen und die anschließende Überweidung durch Elche beeinflusst. Bachbänke erodierten, da Feuchtgebietspflanzen wertvolle Böden und Sedimente nicht verankern konnten. Die Temperaturen in See und Flüssen stiegen, da Bäume und Sträucher keine schattigen Bereiche boten.

Ab den 1990er Jahren begann die US-Regierung, Wölfe wieder im Greater Yellowstone Ecosystem anzusiedeln. Die Ergebnisse waren bemerkenswert. Elchpopulationen sind geschrumpft, Weidenhöhen haben zugenommen und Biber- und Singvogelpopulationen haben sich erholt.

Pflanzenfresser können auch Schlüsselarten sein. Ihr Pflanzenverbrauch hilft, die physikalischen und biologischen Aspekte eines Ökosystems zu kontrollieren.

In afrikanischen Savannen wie den Serengeti-Ebenen in Tansania sind Elefanten eine Schlüsselart. Elefanten fressen Sträucher und kleine Bäume wie Akazien, die in der Savanne wachsen. Selbst wenn eine Akazie eine Höhe von einem Meter oder mehr erreicht, können Elefanten sie umwerfen und entwurzeln. Dieses Fressverhalten macht die Savanne zu einem Grasland und nicht zu einem Wald oder Wald.

Mit Elefanten, die den Baumbestand kontrollieren, gedeihen Gräser und ernähren sich von Weidetieren wie Antilopen, Gnus und Zebras. Kleinere Tiere wie Mäuse und Spitzmäuse können sich im warmen, trockenen Boden einer Savanne eingraben. Raubtiere wie Löwen und Hyänen sind auf die Savanne als Beute angewiesen.

Keystone-Mutualisten sind zwei oder mehr Arten, die für beide Seiten vorteilhafte Interaktionen eingehen. Eine Veränderung einer Art würde sich auf die andere auswirken und das gesamte Ökosystem verändern. Keystone-Mutualisten sind oft Bestäuber wie Bienen. Bestäuber halten oft den Genfluss und die Verbreitung in weit verbreiteten Ökosystemen aufrecht.

In den bewaldeten Graslandschaften Patagoniens (an der Südspitze Südamerikas) wirken eine Kolibriart und einheimische Pflanzen gemeinsam als Keystone-Mutualisten. Lokale Bäume, Sträucher und blühende Pflanzen haben sich so entwickelt, dass sie nur von . bestäubt werden Sephanoides sephanoides, ein Kolibri, der als Grünrücken-Feuerkrone bekannt ist. Grünrücken-Feuerkronen bestäuben 20 % der lokalen Pflanzenarten. Diese Pflanzen wiederum liefern den zuckerhaltigen Nektar, der den größten Teil der Kolibrisdiät ausmacht.

Ohne Grünrücken-Feuerkronen würden Taschen des bestehenden patagonischen Lebensraums zusammenbrechen, da ihre funktionelle Redundanz nahezu Null ist und kein anderer Bestäuber sich an die Bestäubung dieser Pflanzen angepasst hat.

Andere für Ökosysteme entscheidende Organismen

Neben Keystone-Arten gibt es andere Kategorien von Organismen, die für das Überleben ihrer Ökosysteme von entscheidender Bedeutung sind.

Umbrella-Arten werden oft mit Keystone-Arten verwechselt. Beide Begriffe beschreiben eine einzige Art, von der viele andere Arten abhängen. Der Hauptunterschied zwischen Regenschirmarten und Schlüsselarten besteht darin, dass der Wert einer Regenschirmart an ihr geografisches Artenspektrum gebunden ist.

Regenschirmarten haben einen großen Lebensraumbedarf, und die Anforderungen dieses Lebensraums wirken sich auf viele andere dort lebende Arten aus. Die meisten Regenschirmarten sind wandernd und ihr Verbreitungsgebiet kann verschiedene Lebensraumtypen umfassen.

Die Identifizierung einer Regenschirmart kann ein wichtiger Aspekt des Naturschutzes sein. Das Mindestartenspektrum einer Schirmart ist oft die Grundlage für die Festlegung der Größe eines Schutzgebiets.

Der Sibirische Tiger, eine vom Aussterben bedrohte Art, ist eine Regenschirmart mit einer Reichweite von mehr als 1.000 Kilometern (620 Meilen) im Fernen Osten Russlands, mit einem Territorium, das sich bis nach China und Nordkorea erstreckt. Das Artenspektrum umfasst stark bewaldete Ökosysteme sowohl in gemäßigten als auch in borealen (subarktischen) Biomen. Populationen von Hirschen, Wildschweinen und Elchen befinden sich unter dem schneebedeckten &ldquoumbrella&rdquo der sibirischen Tigerkette.

Fundamentarten spielen eine wichtige Rolle bei der Schaffung oder Erhaltung eines Lebensraums.

Korallen sind ein wichtiges Beispiel für eine Grundart auf vielen Inseln im Südpazifik. Diese winzigen Tiere wachsen als Kolonie von Tausenden und sogar Millionen einzelner Polypen. Die felsigen Exoskelette dieser Polypen bilden riesige Strukturen um Inseln herum: Korallenriffe.

Korallenriffe sind eines der lebendigsten und biologisch vielfältigsten Ökosysteme der Erde. Mikroskopisches Plankton sowie Krebstiere, Weichtiere, Schwämme, Fische und Meeresreptilien und Säugetiere sind alle Teil eines gesunden Korallenriff-Ökosystems.

Korallenriff-Ökosysteme tragen auch zur Humangeographie einer Region bei. Von Wellen und Meeresströmungen geschlagen, können Korallen-Exoskelette eine Bioerosion erfahren. Diese erodierten Korallenfragmente (zusammen mit knöchernen Fragmenten von Organismen wie Foraminiferen, Weichtieren und Krebstieren) bilden einen weichen Sand, der als Korallensand bekannt ist. Korallensandstrände gehören zu den beliebtesten Reisezielen der Welt.

Wie Grundarten tragen Ökosystemingenieure zur physischen Geographie ihres Lebensraums bei. Ökosystemingenieure verändern, schaffen und erhalten Lebensräume.

Ökosystemingenieure verändern ihre Lebensräume durch ihre eigene Biologie oder durch physikalische Veränderungen biotischer und abiotischer Faktoren in der Umwelt.

Autogene Ingenieure verändern ihre Umwelt, indem sie ihre eigene Biologie verändern. Korallen und Bäume sind autogene Ingenieure. Während sie wachsen, sind sie ein lebendiger Teil der Umwelt und bieten anderen Organismen Nahrung und Unterschlupf. (Die harten Exoskelette, die beim Absterben der Korallen zurückbleiben, definieren und verändern weiterhin das Ökosystem.)

Allogene Ingenieure verändern ihre Umgebung physisch von einem Zustand in einen anderen. Biber sind ein klassisches Beispiel für allogene Ingenieure. Biber tragen zur Erhaltung der Waldökosysteme bei, indem sie ältere Bäume ausdünnen und junge Setzlinge wachsen lassen. Die Umwandlung dieser Bäume in Bauholz für Dämme verändert Waldwiesen und Bäche radikal und verwandelt sie in Feuchtbiotope.

Invasive Arten sind oft Ökosystemingenieure. Da ihnen natürliche Feinde oder abiotische Faktoren fehlen, um sie einzuschränken, verändern diese eingeführten Arten die vorhandene Umwelt auf eine Weise, die das Wachstum des einheimischen Ökosystems hemmt.

Kudzu, die sogenannte &ldquovine, die den Süden gefressen hat&rdquo ist eine invasive Pflanzenart, die die Umwelt im Südosten der Vereinigten Staaten verändert hat. Kudzu konkurriert regelmäßig einheimische Arten um Platz und Nährstoffe. Da es einheimische Arten verdrängt, schränkt Kudzu die Bestäuber, Insekten und Vogelarten ein, die ein Gebiet bewohnen.

Eine Indikatorart beschreibt einen Organismus, der sehr empfindlich auf Umweltveränderungen in seinem Ökosystem reagiert. Indikatorarten sind fast unmittelbar von Veränderungen des Ökosystems betroffen und können frühzeitig warnen, dass ein Lebensraum leidet.

Veränderungen im Zusammenhang mit äußeren Einflüssen wie Wasserverschmutzung, Luftverschmutzung oder Klimawandel treten erstmals bei Indikatorarten auf. Aus diesem Grund werden Indikatorarten manchmal als &ldquosentinel-Arten bezeichnet.&rdquo

In der &ldquonation&rsquos Mündung&rdquo der Chesapeake Bay sind Austern eine Indikatorart. Austern und andere Muscheln sind Filtrierer, dh sie filtern Wasser, während sie es nach Nahrungspartikeln filtern. Austern filtern Nährstoffe, Sedimente und Schadstoffe, die durch natürliche oder anthropogene Quellen in die Bucht gelangen. Austernbänke tragen zum Schutz von Fischereien, Küstenlebensräumen und sogar benthischen Ökosystemen bei. Die Gesundheit der Austernpopulationen im Chesapeake wird daher verwendet, um die Gesundheit des gesamten Ökosystems anzuzeigen.

Eine Flaggschiffart fungiert als Symbol für einen ökologischen Lebensraum, eine Bewegung, eine Kampagne oder ein Problem. Sie können Maskottchen für ganze Ökosysteme sein.

Die Identifizierung einer Flaggschiffart hängt stark vom sozialen, kulturellen und wirtschaftlichen Wert einer Art ab. Sie sind oft &ldquocharismatische Megafauna&rdquo–große Tiere, die aufgrund ihres Aussehens oder ihrer kulturellen Bedeutung beliebt sind. Flaggschiff-Arten können Schlüssel- oder Indikatorarten sein oder nicht.

Flaggschiff-Arten können manchmal Symbole allgemeiner Vorstellungen über den Naturschutz sein, nicht Vertreter bestimmter Ökosysteme. Bestimmte Probleme werden jedoch oft mit einem bestimmten Tier in Verbindung gebracht. Die Bewegung zur Beendigung der Robbenjagd in der Arktis fand ihre Flaggschiffart in der jungen Sattelrobbe. Eisbären sind die unangefochtenen Flaggschiffarten des Klimawandels.

Der Riesenpanda ist vielleicht die bekannteste Flaggschiff-Art. Pandas sind das weltweite Symbol für gefährdete Arten und den Wert der Zucht in Gefangenschaft.

Foto von Paul Nicklen, National Geographic

Keystone-Schmerz
Der Zoologe Robert T. Paine, der den Begriff "Schlüsselart" prägte, verrichtete seine Arbeit auf unorthodoxe Weise. Anstatt nur den Lebensraum der Pisaster ochraceus Seestern experimentierte Paine, indem er tatsächlich den Lebensraum veränderte. Paine und seine Studenten von der University of Washington verbrachten 25 Jahre damit, die Seesterne aus einem Gezeitengebiet an der Küste von Tatoosh Island, Washington, zu entfernen, um zu sehen, was passierte, als sie weg waren. Er war einer der ersten Wissenschaftler seines Fachs, der auf diese Weise in der Natur experimentierte.


10.2: Die Rolle der Arten in Gemeinschaften - Biologie

Der Mensch ist in vielfältiger Weise von der Biodiversität abhängig, dennoch gehen Arten aufgrund menschlicher Aktivitäten schnell verloren. Der Ansatz zur Erhaltung von Ökosystemdienstleistungen versucht, den Wert, den die Gesellschaft aus der Natur zieht, so zu ermitteln, dass die wahren Kosten der vorgeschlagenen Entwicklungsmaßnahmen den Entscheidungsträgern klar werden. Arten sind ein integraler Bestandteil von Ökosystemen, und der Wert, den sie in Bezug auf ihre Dienstleistungen erbringen, sollte ein Standardbestandteil von Ökosystembewertungen sein. Der Wert von Arten zu beurteilen ist jedoch schwierig und wird immer unvollständig bleiben. Einige der am schwierigsten zu beurteilenden Vorteile der Arten sind diejenigen, die unerwartet auftreten oder völlig unerwartet sind. In dieser Übersicht betrachten wir aktuelle Beispiele aus einer Vielzahl von Arten und einer Vielzahl von Ökosystemleistungen, die diesen Punkt veranschaulichen und die Anwendung des Vorsorgeprinzips auf Entscheidungen unterstützen, die die Natur betreffen.

Derzeitige Adresse: Global Environment Facility (GEF), Washington, DC 20433, USA


Evolutionsgeschichte

Der Fossilienbestand leistet besondere Beiträge zur Evolutionsbiologie und zum Wissen um die heutige Vielfalt

Obwohl Fragen des Prozesses und des Ergebnisses von zentraler Bedeutung für Evolution und Vielfalt sind, gibt es in der Geschichte der Evolution nur eine einzige Quelle für direkte Beweise, ein Gericht der letzten Instanz, nämlich den Fossilienbestand. Studien in der Paläobiologie wirken sich daher direkt auf alle Aspekte von Evolution und Diversität aus.

Der Fossilienbestand bietet die entscheidende Zeitdimension für das Verständnis der biologischen Vielfalt und der Lebensgeschichte. Die aktuelle Datenbank der Paläobiologie besteht aus Aufzeichnungen von rund 250.000 ausgestorbenen Pflanzen-, Tier- und Mikroorganismenarten, die in Ablagerungen von mehr als 3,5 Milliarden Jahren Erdgeschichte vorkommen. Obwohl die Aufzeichnungen nur einen kleinen Bruchteil aller jemals gelebten fossilen Taxa umfassen, enthalten systematische Sammlungen in Museen und Universitäten Dutzende von Millionen dokumentierter Exemplare, in vielen Fällen mit guter Darstellung einzelner Arten in Raum und Zeit.

In Bezug auf die Geschichte der Vielfalt kann der Fossilienbestand analysiert werden, um festzustellen, ob die Vielfalt heute höher ist als in der geologischen Vergangenheit, ob die Entwicklung der Vielfalt voraussichtlich ein stationäres Niveau erreicht und ob sich die Gemeindestruktur verändert hat geologische Zeit.

Die Paläobiologie ist einzigartig, da sie die einzige Datenquelle über bestimmte evolutionäre Prozesse und Ereignisse ist. Obwohl sich beispielsweise die Beobachtungs- und experimentelle Arbeit der meisten Biologen notwendigerweise auf relativ schnelle oder häufige Prozesse und Phänomene beschränkt, haben Paläobiologen, die aus der Tiefe der geologischen Aufzeichnungen Kapital schlagen, Zugang zu viel selteneren Ereignissen.

Die geologischen Aufzeichnungen dokumentieren auch ein einzigartiges und langwieriges Naturexperiment zur Anpassung. Viele biologische Innovationen entstanden, blühten und starben aus, lange bevor die moderne Biota auftauchte. Studien in der Paläobiologie können Aufschluss darüber geben, wann diese verlorenen Anpassungen entstanden sind und ob sie bessere Lösungen für funktionelle Probleme waren, als sie heute bei lebenden Organismen zu finden sind.

Adaptive Strahlungen𠅊usbrüche der Artbildung, bei denen die Anzahl der Arten in einer biologischen Gruppe oder adaptiven Zone in relativ kurzer Zeit exponentiell ansteigt, mit begleitender Erweiterung der Struktur- und Funktionsvielfalt—ist im Fossilienbestand gut dokumentiert, aber nicht klar, ob diese großen adaptiven Strahlungen analog zu den kleineren Artbildungsausbrüchen sind, die beispielsweise bei hawaiianischen Drosophiliden und afrikanischen Buntbarschen beobachtet wurden.

DER AUFSTIEG DER AMEISEN

1967 erhielt die Harvard University die ersten bekannten Exemplare fossiler Ameisen aus dem Mesozoikum, zwei wunderschön erhaltene Exemplare im klaren orangefarbenen Bernstein eines Mammutbaums, der vor 80 Millionen Jahren in New Jersey wuchs. Diese Exemplare waren so etwas wie ein Durchbruch in der Erforschung der Insektenevolution. Bis dahin waren die ältesten bekannten Fossilien etwa 30 bis 40 Millionen Jahre alt (aus dem Oligozän) und recht modern. Die Hauptmerkmale der Ameisenevolution waren bereits konkretisiert. Der einzige phylogenetische Baum, der aus solchen Beweisen gezogen werden konnte, war der Baldachin, bei dem Stamm und Wurzeln abgeschnitten waren. Die mesozoischen Ameisen lieferten etwas, das wie ein Stück des Stammes aussah.

Bald darauf begannen sowjetische Paläontologen, eine lange Reihe anderer ameisenähnlicher Fossilien zu beschreiben, die ebenfalls etwa 80 Millionen Jahre alt waren, und gaben fast jedem Exemplar einen eigenen wissenschaftlichen Namen. When all these bits and pieces were fitted together and the New Jersey fossils added in 1986, a remarkable picture emerged: The specimens fell into three classes, representing the worker caste, the queen caste, and the male of the most primitive ants. The workers lacked wings and had proportionately small abdomens, the hallmarks of a sterile caste. These fossils made it possible to conclude that social life had been established in the ants by 80 million years ago, a startling conclusion in view of the earlier lack of such ancient fossils.

A close examination of the American and Soviet fossils showed them to be similar to what had been expected for ancestral ants. Their anatomy was a mosaic of traits, some typical of nonsocial wasps and some more modern𠅋ut still typical of generalized ants. They provided the first clue concerning the group of wasps from which ants arose.

The Harvard collection recently obtained the first ant fossils of mid-Eocene age, from Arkansas this time. Chinese and Soviet paleontologists were close behind, discovering Eocene specimens from Manchuria and Sakhalin, respectively. These ants are thought to be 50 to 60 million years old, and most of them are very different from the Mesozoic fossils. They are diverse, representing both modern taxonomic groups and (in one case) a stock not too distant from the Mesozoic ants. It thus seems that the ants, like the mammals, crossed a threshold around the end of the Mesozoic era. For some reason not yet understood, they expanded into a richly various, world-dominant group.

Entomologists and paleontologists continue to search avidly for fossils from Mesozoic and early Cenozoic deposits. The questions we hope to answer include when, where, and from which wasplike insects the ants arose exactly when they radiated into their modern aspect the directions they took when spreading around the world and, not least, what traits contributed to their spectacular success.

Extinction Has Been the Fate of Almost All Species That Have Ever Lived

Extinction, as a biological process, is difficult to study in modern environments. Although the background rate of extinction is low𠅎stimated as about one global extinction per million species per year𠅎xtinction is not only frequent on a geological time scale but has been responsible for many complete turnovers in the biological composition of the earth. A proper understanding of the evolutionary process is impossible without knowledge of rates of extinction, quite apart from the importance of such knowledge in evaluating the magnitude of the increase in rates of extinction resulting from human activities in modern times.

Understanding the environmental causes and evolutionary implications of the occasional, brief periods of mass extinction in earth history is a key problem in paleobiology. The most severe mass extinction occurred 250 million years ago and eliminated between 75 and 95 percent of the species then alive. In short, the global biota had a close call with total annihilation. Somewhat less severe mass extinctions are scattered throughout the fossil record. Recent work on the likelihood that some mass extinctions were caused by meteorite impact shows promise of establishing strong connections between biological evolution and the cosmic environment. When combined with the more speculative possibility that impact-induced extinctions are regularly periodic, this hypothesis opens the possibility for major shifts in the way the evolution of the global biota is interpreted.

Within the past 2 million years of the fossil record, constituting the Pleistocene epoch, are special opportunities for studies of biological diversity. During this period, the biota was essentially modem but subjected to the effects of well-documented major changes in climate and geography that set the stage for the present distribution of plant and animal species. Modern tropical rain forests, to pick just one example, can be understood only by knowing the historical underpinnings that led to their present distribution and composition. This understanding is critical in developing a strategy for dealing with the effects of human activities, especially in the moist tropics.

Palcobiologists Have Made Major Progress in the Past Two Decades

Research results have been astounding, at the other end of the time scale, in deciphering the oldest records of life on earth. Not only did life begin far earlier than biologists had previously envisaged, but, perhaps even more surprising, the earth's biota was composed solely of bacteria over such an extended period. These fossil discoveries have recast concepts of evolution and diversity and have reemphasized the fact that, when viewed over the long sweep of geological time, a significant part of evolutionary progress has resulted from changes in the intracellular biochemistry of bacteria.

Paleobiology includes several research areas that have special promise of making significant contributions to evolutionary biology and to other fields of the natural sciences. Among these are the origin of life itself, including not only when life began, by what processes and in what types of environments, but also whether life might exist elsewhere in our solar system or in the universe. Such issues are ripe for exploration during the coming decade because recent progress in studies of ancient Precambrian fossils has extended the known record of life on earth to more than 3.5 billion years. Studies of even more ancient deposits, coupled with laboratory studies of chemical reactions that can occur in a lifeless environment and biochemical studies of existing microbial organisms, promise to provide new evidence of the beginnings of life and of the environment in which life originated.

Organisms Alive Today Are Well Adapted to the Vagaries of Their Present-Day Environment

Environmental conditions such as atmospheric composition, day-night light regime, and temperature conditions have changed markedly over the course of geological time. Until about 1.7 billion years ago, well after the origin of living systems, the atmosphere contained too little oxygen to sustain obligately air-breathing forms of life. Day length has progressively lengthened as the distance between the earth and moon has gradually increased, and there is good evidence that the earth's average surface temperature has changed markedly. Each evolving species became adapted to the environment in which it originated, and as the environment changed, life evolved and built on foundations that had become established under earlier regimes. Therefore, recorded in the genetics, biochemistry, cellular structure, and gross anatomy of living organisms may be a coded history of their evolution. For example, analyses of growth bands in fossil corals and mollusks have made it possible to track the changes in day length caused by tidal friction. Even more spectacular has been the recent recognition of Milankovich cycles of climatic change over the past 700,000 years, which almost certainly were responsible for the pulses of continental glaciation during the Pleistocene epoch.

Deep-sea drilling during the past two decades has provided continuous sections in which important population-level analyses of evolutionary changes are feasible. This increased resolution in the fossil record introduces a time scale comparable to that of microevolutionary change in population genetics, and it opens a more complete synthesis of these two disciplines. The oceanic fossil record is excellent for the last 160 million years, and the deep-sea cores provide a rich source of information on the evolution of single-species lineages. Statistical analyses have already documented important patterns of morphological change and the not-uncommon lack of such change known as stasis. But the surface of this field has only been scratched by the investigations carried out thus far, and we have much more to learn about the tempo and mode of evolution.

Much also remains to be learned regarding the timing and nature of major evolutionary events. Some of them, such as the origin of invertebrates, vertebrates, flowering plants, angiosperms, and humans, have been recognized as important research problems since the mid-nineteenth century. Other events, such as the advent of photosynthesis, oxygen-dependent respiration, the anaerobic-aerobic global ecosystem, nucleated cells, and eukaryotic sexual reproduction, have been addressed only recently with the upsurge of interest in the Precambrian fossil record. Future studies will promote a better understanding of the timing and context of major evolutionary events in the history of life on earth.


Types of Community

There are two main types of community.

Major Community

A major community is the smallest ökologische Einheit which is able to sustain itself and is self-regulating. These communities are usually relatively independent of other communities, for example a pond, a forest, a grassland or lake. Long lasting and mature major communities contain only those organisms, which are successfully adapted to the environment and to the other species within the community.

A major community is an assemblage of a faunal community or ’zoonenosis’, a floral community or ’phytocenosis’, and a microbial community or ’microbiocenosis’.

Minor Community

Minor communities, or merocenoses, which make up major communities, are smaller ecological units that are not individually self-sustaining and rely on interactions with other communities. An example of a minor community is the collection of organisms, which lives within a piece of deadwood on the forest floor.


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