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Anforderung an die Lehre
Bachelor-Studiengänge Vermittlung fachlicher Grundlagen (in deutscher oder englischer Sprache), sodass ein Einstieg in eine berufliche Tätigkeit bzw. eine Vertiefung in einem Master-Studiengang vorbereitet ist. Kenntnissen, Fähigkeiten und Methoden sollen - zu wissenschaftlicher Arbeit, - zur Erarbeitung und Anwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse und Methoden, - zur kritischen Beurteilung wissenschaftlicher Erkenntnis und - zu verantwortlichem Handeln befähigen.
Anforderung an die Lehre
Master-Studiengänge Verbreiterung und Vertiefung der im Bachelor-Studiengang erworbenen Kenntnisse werden (in deutscher oder englischer Sprache). Dies soll - zur Behandlung komplexer Fragestellungen und - zur selbstständigen wissenschaftlichen Arbeit befähigen.
Neutrale und Nischentheorie der Koexistenz in Artengemeinschaften
Antonis Chatzinotas Helmholtz Zentrum für Umweltforschung – UFZ
Department Umweltmikrobiologie [email protected]
als download auf
https://www.ufz.de/index.php?de=39070
23.01.2019
Welche Faktoren und Prozesse prägen die Struktur von Artengemeinschaften?
Warum können so viele Arten koexistieren?
Inhalt
• Historische Entwicklung des Nischenkonzeptes/-theorie • Anfänge im 20. Jahrhundert • Gause und das Konkurrenzausschlussprinzip • Die Nische als multidimensionaler Hyperraum
• Neutrale Theorie nach Hubbell • Hauptannahmen
• Zusammenfassung
• Literatur für das Selbststudium
Nische – Erste Erwähnung
Joseph Grinnell (1913) Alle biotischen und abiotischen Faktoren, die die Existenz einer Art an einem bestimmten Ort bedingen > Anforderungen einer Art an ihren Lebensraum
Grinnell J & Swarth HS (1913) University of California Press
Ökologische Nische
Charles Elton (1927)
• Ökologische Nische • Funktionelle Komponente, insbesondere Bezug zu
Ressourcen und Räubern • Position in Nahrungsketten und Nahrungsnetzen
> Jede Art hat eine bestimmte Aufgabe
Elton, C. S. (1927) Animal ecology
Das Problem der Koexistenz
Georgyi Frantsevich Gause (1930er) Können zwei Arten gleichzeitig eine identische Nische besetzen?
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Getrennte Kulturen
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Paramecium aurelia
Paramecium caudatum
Gause GF (1934), Science 79: 16-17
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Co-Kultur
Das Problem der Koexistenz
Georgyi Frantsevich Gause (1930er) Konkurrenzausschlussprinzip (competitive exclusion) Zwei Arten können nicht auf Dauer gleichzeitig eine identische Nische mit einer limitierenden Ressource besetzen.
Gause GF (1934), Science 79: 16-17
Co-Kultur
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Tage
Formalisierung des Nischenkonzeptes
George E. Hutchinson (1957) • n-dimensionaler Hyperraum: Gesamtheit aller
abiotischen und biotischen Umweltfaktoren
• Vielfältige Ansprüche ermöglichen Koexistenz
• Dynamisch, da durch andere Arten beeinflusst
> Ökologische Anforderung einer Art & funktionelle Rolle in der Gemeinschaft
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Nährstoffe
Hutchinson GE (1957) Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 22:415–27
Konkurrenzausschluss, Nischen und Koexistenz?
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Abun
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Konkurrenz- fähigkeit
Icons by ProSymbols from Noun Project
Tage
Nischen- unterschiede
Was passiert wenn alle Arten gleich sind?
Vereinheitlichte Neutrale Theorie
Stephen P. Hubbell (2001): The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography • Alle Arten sind ökologisch identisch • Nischen überlappen sich komplett • Konkurrenzfähigkeit aller Individuen aller Arten ist gleich • Umwelt ist homogen • Gilt für Individuen einer trophischen Ebene
Individuen sterben
• Gleichheit kombiniert mit Stochastischen Prozessen: Vermehrungs-, Sterbe-, Migrations-, Mutationsraten betreffen zufällige Individuen unabhängig von ihrer Art
Vereinheitlichte Neutrale Theorie
Regional
Lokal
Mutation Artbildung
Migration aus dem Regionalpool
Lokale Vermehrung
Wie entsteht eine hohe Diversität?
Stochastische Prozesse Lokal ≠ Regional
Ökologischer Drift > Koexistenz nicht stabil
Zusammenfassung
• Historische Entwicklung des Nischenkonzept • Von „Anforderung an den Lebensraum“ zu „Hyperraum“
und „funktionelle Rolle in der lokalen Gemeinschaft“ • Nischentheorie: Koexistenz von Arten wird bedingt durch
• Wettbewerb untereinander • Unterschiede und Ausmaß der Nischenüberlappung
• Neutrale Theorie • „Alle Arten ökologisch gleich“ - Starke Vereinfachung! • Beinhaltet weitere (stochastische) Prozesse • Ökologischer Drift führt zu unstabiler Koexistenz • Eine gute Nullhypothese, um zu testen, welche
Unterschiede tatsächlich wichtig sind!
Hausaufgabe
Wie könnte man mit Bakterien die Neutrale und die Nischentheorie testen?
DOLLY
Literatur - Selbststudium
Harpole, W. (2010) Neutral theory of species diversity. Nature Education Knowledge 3(20):60 Levine, J. M. & HilleRisLambers, J. (2010) The Maintenance of Species Diversity. Nature Education Knowledge 3(10):59