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Der neue Trepl-Skript für SoSo2009(K. A., inwiefern koplett)
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Zeitliche Veränderungen 1. Einleitung:
Es gibt Prozesse, die zur Funktionsweise gehören und Prozesse, die historische Veränderungen sind Prozesse (sofern sie in der Aufeinanderfolge verschiedener Arten bestehen), die zur Funktionsweise gehören, werden von vielen als Sukzessionen bezeichnet (Sukzessionen werden so definiert) Problem: manche meinen, daß Sukzessionen (eben die Prozesse, die diejenigen meinen, die meinen, daß sie zur Funktionsweise gehören) auch nur historische Veränderungen sind. Deshalb muß unter „Sukzessionen“ historische Veränderung mit behandelt werden. Unter „historischen Veränderungen“ kommen dann nur solche, die allgemein nicht „Sukzessionen“ genannt werden.
1. Sukzessionen 2.1 Einleitung 2.1.1 Was ist gemeint mit „Sukzession“?
‐ Was ist gemeint mit „Sukzession“? allg Def von Sukzession i.w.S. ‐ Sukzession“ im Ökologen‐Sprachgebrauch: i.d.R. nicht gemeint …Gemeint …
2.1.2 Zwei Hauptfragen ‐ zwei Hauptfragen: Ursachen und Vorhersagbarkeit
2.1.3 Überblick ‐ Folie Überblick
Bevor auf Kontroverse eingegangen wird: Wie stellt man fest, daß/welche Sukzession stattgefunden hat? Und : Welche Grundformen von Sukzessionen unterscheidet man?
2.2. Wie stellt man fest, daß/welche Sukzession stattgefunden hat? <eventuell weg> ‐ folie
2.3 Grundformen von Sukzessionen (i.w.S.)
‐ Zwei Grundformen von Sukzession – Kriterium Ausgangspunkt ‐ Zwei Grundformen von Sukzession – Kriterium Aufbau‐Abbau ‐ Zwei Grundformen von Sukzession – Kriterium Verursachung
2.4 Unterteilung des Sukzessionsverlaufs: <<Pionierstadium und Klimax>> 2.5 Zwei Extrempositionen entsprechend zwei Hauptfragen 2.5.1 Einleitung
Warum es überhaupt eine Kontroverse geben kann, wo sich doch die gegensätzlichen Auffassungen auf kategorial Unterschiedliches beziehen: Typ/Klasse oder konkrete Wirklichkeit: Sukzessionen sind reale Kurzeitprozesse Was (Nicht‐)Prognostizierbarkeit in diese Kontroverse genauer bedeutet
‐ Zwei Extrempositionen entsprechend zwei Hauptfragen ‐ Wie kann es überhaupt eine Kontroverse geben? ‐ Abstrahieren von Artbildung: Kurzzeitenwicklung ‐ Gemeint mit „Sukzession im engeren Sinne“ (zu Funktionsweise gehörig): ‐ Was ist mit (Nicht‐)Prognostizierbarkeit gemeint? ‐ Gleichgewichts‐ und Ungleichgewichtsmodell ‐
2.5.2 Position „Sukzession zu „Funktionsweise“ (prognostizierbar) ‐ Zwei Hauptgesichtspunkte:
‐ allgemein; Autoren nennen, ein paar Definitionen? ‐ Verlauf der Sukzession ist prognostizierbar und zwar nach Gleichgewichtsmodell ‐ je länger Sukzession andauert, desto besser prognostizierbar ‐ Es gibt gesetzmäßige Veränderungen ‐ Exkurs: Praktische Folgerungen ‐ Ursachen: facilitation und reaction ‐ Reaction: ‐ Sukzession als zur Funktionsweise gehörig normalerweise holistisch gedeutet ‐ Organismus‐Analogie ‐ Odum‐Zitat: Homöostase, Evolution analog ‐ „Normal“ hat zwei Bedeutungen ‐ Beispiel Braun‐Blanquet: Bei „Klimax“ muß man von nicht‐normalen Bedingungen absehen ‐ Dauergesellschaft ‐ Paraklimax ‐ Regression
2.5.3 Position „Sukzession nicht prognostizierbar“ <zu „historische Entwicklung“>
‐ Position „Sukzessionen sind historische Veränderungen“ (damit nicht prognostizierbar) <<allgemeines: Historische, Autoren ….??>>
‐ Kritik an Behauptungen der Position „Sukzession gehört zu Funktionsweise“ zu ‐ Prognostizierbarkeit ‐ Alternative Vorstellungen zur Prognostizierbarkeit
gemäß Ungleichgewichtsmodell: ‐ Kritik an behaupteten Sukzessionsmechanismen: ‐ Alternative Vorstellungen zu Ursachen ‐ Kritik an holistischer Deutung
2.5.4 Zwischenpositionen
‐ Einige Zwischenpositionen: Auffassungen, die Elemente von (1) und (2) kombinieren ‐ Gegen Monoklimax, aber Klimaxgedanke wird beibehalten ‐ Kritik an Klimax‐Behauptung im allgemeinen: Mosaikzyklustheorie ‐ Individualistisch gezeigt, daß es dauerhafte Gleichgewichtszustände geben kann:
Markoff‐Ketten ‐ Andere Voraussetzungen andere Ergebnisse <Zickzack, unbegrenztes Reservoir> ‐ Auffassungen, die verschiedene Sukzessionsmechanismen und Sukzessionsverläufe im
Rahmen einer Theorie zulassen ‐ (1) Sukzessionstypen nach Horn ‐ (2) Sukzessionstheorie von Tilman
2.6 Beispiele
‐ Beispiel für vorhersagbare/ nicht‐vorhersagbare Sukzession:Feuer‐Ökosysteme <57> ‐ Beispiel für Verhinderungsmechanismus Sukzession auf aufgelassenen Wiesen <61> ‐ Beispiel aufgelassenen Weiden <65> ‐ Beispiel Flußaue: darf man von Zonation auf Sukzession schließen? <66>
Gesellschaften
1) Einleitung
2) Muster und Strukturen Unter Muster werden die Anordnungen von Teilen verstanden. Es gibt Muster im Raum und Muster in der Zeit (z. B. Periodik). Als Strukturen werden die Muster bezeichnet, wenn sie im Hinblick auf die Wirkungen betrachtet werden, die sie ausüben.
3) FunktionsweiseProzesse werden Veränderungen von Eigenschaften der Gesellschaft genannt. Werden die Prozesse unter dem Gesichtspunkt betrachtet, daß sie zu etwas dienen, werden sie alsFunktionen bezeichnet. Mit „Funktionsweise“ ist die Art gemeint, wie die Prozesse dann ablaufen, wenn die Gesellschaft im ganzen sich dabei nicht verändert.
4) Zeitliche Veränderungen Es geht hier um historische Veränderungen, d. h. um die konkrete Geschichte der Gesellschaften auf der Erde.
5) Verteilung der Gesellschaften im Raum
Gesellschaften
1) Einleitung
Definition: Was bedeutet „Gesellschaft“ in der Ökologie?
Wichtige Fragen der Ökologie von Gesellschaften:
‐Woraus besteht die Gesellschaft?
‐ Raumzeitliche Abgrenzung der Gesellschaften
‐ Integration von Gesellschaften
Definition: Was bedeutet „Gesellschaft“ in der Ökologie?
(SynökologieI: interspez. Beziehungen)
Synökologie II: Gesellschaften
oder Lebensgemeinschaften, Biozönosen, Ökosysteme:„synökologische Einheiten“
"Gesellschaft" (community): Oberbegriff
"Lebensgemeinschaft“ = "Biozönose":
Zusammenhangder Organismen in Gesellschaft betont
(Extrem: wechselseitige Abhängigkeit)
(Lebens‐)Gemeinschaft, Biozönose: Sonderfall von Gesellschaft (dagegen: „bloße Gesellschaft“)
"Ökosystem": mehrdeutig, komplizierter
Woraus besteht die Gesellschaft?
Die Gesellschaft besteht aus Bestandteilen zweier Kategorien: Elemente und Komponenten (Teile i. e. S.)
Gesellschaft (der Menschen) besteht aus Individuen (oder Kommunikationsakten ...), aber auch aus Organisationen, Institutionen, ...
Gesellschaft (in der Ökologie) besteht aus Organismen, aber auch aus Einheiten wie Produzenten, Destruenten, ...
Welche Art von Bestandteilen sind die Arten? Sind überhaupt die Arten Bestandteile der Gesellschaft?
In Ökologie sind zudem Umweltbeziehungen zu betrachten
Gehört die Untersuchung abiotischer Umwelt zur Untersuchung der Gesellschaft, oder ist das eigenes Forschungsgebiet (Ökosystem‐Forschung)?
Raumzeitliche Abgrenzung der Gesellschaften
Es gibt grundverschiedene Definitionen davon,
was eine Gesellschaft ist
Bilden die Arten eines Buchenbestands eine Gesellschaft,
oder gehören sie zusammen mit den Arten des angrenzenden Eichenbestandes zu einer Gesellschaft?
Bilden die Bodenlebewesen des Buchenbestandes eine Gesellschaft,
oder gehören sie mit den Arten des ganzen Buchenwaldes zu einer Gesellschaft?
Fällt die Grenze der Gesellschaft der Arten einer Insel mit den Grenzen der Insel zusammen,
oder reicht sie darüber hinaus, da manche Arten (indirekt alle?) in ökologischen Beziehungen zu Meeresarten stehen?
Bilden die Arten einer Wiese eine Gesellschaft,
oder sind sie zusammen mit den Arten eines Waldes, der sich nach 100 Jahren aus der Wiese entwickelt hat, eine Gesellschaft?
Integration von Gesellschaften
Organismen(arten) können ohne Beziehungen zueinander nebeneinander vorkommen
Organismen(arten) können in ökologischen Beziehungen zueinander stehen, sind auf diese aber nicht angewiesen (z. B. bei Konkurrenz)
Organismen(arten) können in ökologischen Beziehungen zueinander stehen, sind auf diese angewiesen (z. B. bei Mutualismus)
Extremfall: alle Arten der Gesellschaft benötigen einander wechselseitig
Gesellschaften sind unterschiedlich integriert:
Von Aggregaten bis zu Gemeinschaften und Superorganismen
Gibt es Gesellschaften, die mehr diesen, andere, die mehr jenen entsprechen?
Oder sind das immer mögliche Betrachtungsweisen?
Überblick
Gesellschaften
1) Einleitung
2) Muster und Strukturen 3) Funktionsweise
4) Zeitliche Veränderungen
5) Verteilung der Gesellschaften im Raum
wiederholung
Unter „Muster“ werden die Anordnungen von Teilen verstanden.
Es gibt Muster im Raum und Muster in der Zeit (z. B. Periodik)
Als Strukturen werden die Muster bezeichnet, wenn sie im Hinblick auf die Wirkungen betrachtet werden, die sie ausüben
Zeitliche Muster und Strukturen( Muster/Strukturen von Prozessen)im Kapiteln „Funktionsweise“ und „Zeitliche Veränderungen“ mit behandelt
Jede Muster‐/Strukturbeschreibung erfordert:
‐ definieren, was das Ganze ist und was dessen Elemente / Teile sind
‐ deren Anzahl ermitteln ‐ unter Berücksichtigung der Verteilung(„Reichtum“, „Diversität“)
‐ deren raumzeitliche Anordnung ermitteln (manchmal Struktur im engeren Sinne genannt)
‐ (deren Beziehungen ermitteln – „Komplexität“)
Überblick über Kapitel Muster und Strukturen
2.1 Raumzeitliche Abgrenzung von Gesellschaften
2.2 Begriffe Elemente und Teile
2.3 Was sind die Elemente/Teile einer biologischen Gesellschaft?
Arten? Funktionale Komponenten ( „Ökosysteme“)
2.4 Diversität
2.1 raumzeitliche Grenzen von Gesellschaften
Grundverschiedene Begriffe von Gesellschaft
Typische Definitionen:
Eine Lebensgemeinschaft ist ein Verband von Populationen verschiedener Arten, die in Raum und Zeit zusammen vorkommen (Begon)
Eine biotische Gemeinschaft ist jede Ansammlung von Populationen, die auf einem festumrissenen Gebiet lebt(Odum 220)
Definitionen unbestimmt bzgl. wichtigster Differenzen
Fragen:
‐ Sind Art im Waldboden und Art auf Baukrone (im gleichen Wald)die ohne Wirkungen aufeinander, eine Lebensgemeinschaft, weil "im Raum zusammen" ?
‐ Zugvogel brütet in Mitteleuropa auf Baum, frißt in Afrika Insekt eine Lebensgemeinschaft, obwohl verschiedene Räume?
‐ Vor 100 Jahren lebte in bestimmten Wald Bär, heute Waschbär = nicht "in der Zeit" zusammen.
Ist dieser Wald eineLebensgemeinschaft?
Grenzen in der Zeit
Grundsätzliches Problem:
Grenzen lassen sich (in bestimmtem Sinn) objektiv nur angeben, wenn System selbstreferentiell (Organismus):
„klar geschnittenes Phänomen des Todes“
Bei (menschlicher) Gesellschaft kann man immer sagen:
Es ist noch diese Gesellschaft, hat nur andere Eigenschaften
Und ebenso:Es ist andere Gesellschaft
Grenze zu bestimmter Zeit:
Zwei Hauptverwendungsweisen von „eine Gesellschaft“:
(a) Alle Organismen bzw. Populationen innerhalb eines Raumes (bzw. innerhalb raumzeitlicher Einheit):
= r‐Gesellschaft (Lebensgemeinschaft, Ökosystem)
(b) Alle durch interspezifische Beziehungen miteinander verbundenen Organismen (Populationen)
= f‐Gesellschaft
(a) r‐Gesellschaft vor allem in Botanik, Limnologie (und Landschaftsplanung)
Ausgehend vonnicht durch Organismen der Gesellschaft selbst bestimmten Einheiten
Organismen bestimmen, was zur synökologischen Einheit gehörtdadurch, daß sie mit anderen interagieren oder nicht
Grenzen statt dessen standörtlich (See‐Land, Hang‐Ebene) oder physiognomisch
= was für Beobachter (= subjektiv) auffällig andere Gestalt hat: Wald ‐ Gebüsch – Wiese
In diesem Fall: eine Lebensgemeinschaft = ein Wald, ein See, eine Wiese
Manche meinen: „der“ Wald „ist“ ein Ökosystem,
mit allem, was darin ist:Waldökosystem ist nur anderer Name für Wald
Andere meinen:
Ökosystem ist abstraktes System,
z. B. alle Brutvögel, aber nicht alle Vögel, und nur im Hinblick auf Energieumsatz und Stoffströme
Aber doch:
alle Brutvögel in diesemWald, Grenze ist der Waldrand, egal, ob Beziehungen untereinander
und ob Beziehungen über Waldrand hinausreichen
(Lebensgemeinschaft hier durch "Umgebung" definiert)
Exkurs: Physiognomische Einheiten („Formationen“)
Ursprünglich „Physiognomie“ der Landschaft:
äußerlicher, sichtbarer Ausdruck von etwas Innerem (Geistig‐Seelischem)
Dieses Innere ist nicht objektiv i. S. v. für alle Menschen gleichermaßen vorhanden, sondern subjektiv/kulturrelativ
Später als objektive (geometrische) Formen verstanden
Aber: immer noch subjektiv, welche dieser Formen als wichtig genug gelten, auffällig genug sind:
Übliche Einteilungen z. B. in Wald, Gebüsch, Grünland ... verdanken sich dem „landschaftlichen Blick“
(b) f‐Gesellschaft vor allem bei Zoologen
Zoologen sehen ihre Gesellschaft nicht, sondern rekonstruieren sie aus Einzelfunden
"Die Lebensgemeinschaft eines Distelkopfes"
räumlicher Zusammenhang irrelevant,sondern "Perspektive des Lebewesens“
für Fischadler gibt es Lebensgemeinschaft Wald nicht (d. h. Wald, zu dem Larve im Holz gehört)
„gibt“ nicht psychologisch gemeint, sondern funktional
"Wald" ist unsere (moderne, bürgerliche!) Beobachterperspektive
Grenze der Lebensgemeinschaft für uns ist nicht Grenze für Lebewesen
Wo sind die Grenzen der Gesellschaft?
r‐Gesellschaft: offensichtlich willkürlich[Folien Waldrand und Berghang]
Willkürlich heißt: hängt von Beobachter ab
Man geht bei Grenzziehung nicht von Perspektive der Glieder der Lebensgemeinschaft aus,
sondern von äußeren Kriterien:
Höhenlinie, auffälliger Rand, sichtbar anhand einer einzigen dominierenden Pflanze, Standort‐Unterschied (naß‐trocken), Rastergrenze, politische Grenze
f‐Gesellschaft: man kann Grenze nicht ziehen
sondern mußsuchen, wo Beziehungen aufhören
jede Art hat bestimmte f‐Lebensgemeinschaft "um sich" mit anderen Grenzen: da, wo Beziehungen aufhören
Folie Rabotnov
objektiv vorhandene Grenze (damit Gesellschaft)
Aber immer noch Willkür:
fast immer gehen irgendwelche Beziehungen zu anderen Organismen weiter
Beispiel:Nahrungsbeziehungen hören auf, aber Konkurrenz‐Beziehungen nicht
Auch auf entlegenen Inseln Beziehungen zu Meeresarten
Willkür:wie dünn muß Netz werden? Was bedeutet "dünn"?
Z. B.:
‐ obligatorische, aber energetisch schwache Bindunggegen‐ fakultative, aber energetisch bedeutende Verknüpfung
oder:‐ wie prädatorische mit Konkurrenz‐Beziehungen quantitativ vergleichen?
Bei Berücksichtigung aller Beziehungen geht das System immer weiter:
Erde ist ein einziges f‐Ökosystem(O2 wird von entfernten Pflanzen erzeugt)
Was also soll "objektiv" heißen?
sollte heißen:
von Organismus ausgehend feststellen, wo Grenze ist, nicht nach Belieben bzw. äußeren Kriterien ziehen
vom Organismus ausgehend definieren, was relevante Beziehung ist: lebensnotwendige
Statt Lebensnotwendigkeit für Organismus: „Lebensnotwendigkeit“ für Gesellschaft ??
Viele Lebensgemeinschafts‐Definitionen bestehen auf:
selbsterhaltende Einheit
Mindestens 1 Produzent und 1 Zersetzer
Faktisch fast immer viele Arten, die zusammenganzen Prozeß des Auf‐ und Abbaus gewährleisten
Solche Lebensgemeinschaft ist unabhängig
nicht von Sonne, aber von biotischen Einflüssen von außen
z. B. bei Wald auf Insel vorstellbar
dagegen:
"Abhängige Lebensgemeinschaft"
braucht andere Lebewesen
Wenn Selbsterhaltung Kriterium,wäre das gar keine Lebensgemeinschaft
z. B.
‐ Tiefsee‐Lebensgemeinschaftbraucht organisches Material von oben
‐Detritivoren‐Lebensgemeinschaftbraucht z. B. Pflanzen als Lieferanten
‐ Pflanzen‐Gesellschaftbraucht Detritivore, die organische Substanzmineralisieren
Viele Fehler, wenn in Forschung r‐Gesellschaft und f‐Gesellschaft nicht unterschieden
Beispiel
Ziel einer Untersuchung: funktionale Beziehungen zwischen Variablen des Ökosystems
z. B. Artenzahl auf der Fläche, Zahl der Schichten,Produktivität, Stabilität, N‐Umsatz, irgendwelche Veränderungen
Man will prüfen, ob das eine durch das andere verursacht wird
z. B.: wie ist Beziehung zwischen Artenzahl der Produzenten und Populationswachstumsraten der Konsumenten ?
In solcher f‐Gesellschaft findet man vielleicht wirklich die vermutete ursächliche Beziehung,
Dagegen Auf r‐Gesellschaft‐Ebenenicht erkennbar
(weil hier Arten einbezogen, die gar nichts mit untersuchtem Prozeß zu tun haben, und umgekehrt)
Beispiel: auf 1 Fläche 500 Insektenarten,auf gleicher Fläche (= "r‐Gesellschaft") 50 Pflanzenarten
man untersucht Beziehungen zwischen diesen Daten("diese Pflanzen ‚erzeugen‘ diese Insekten")
Aber: ist es sinnvoll, alle Produzenten und alle Konsumenten auf einer umgrenzten Fläche (r‐Gesellschaft) zu erfassen und nach Korrelationen zu suchen?
Vielleicht hat nur Teil der Produzenten‐Arten zu Konsumenten Beziehungen (anderer wird ausschließlich von Destruenten konsumiert)
Fläche (r‐Gesellschaft) enthält eine (oder mehrere)f‐Gesellschaften, die nicht alle Arten der r‐Gesellschaft umfassen
(aber vielleicht manche Arten außerhalb der r‐Gesellschaft),
Analogie:
r‐Ökosystem abgrenzen und nach funktionalen Beziehungen in diesem fragen entspricht:Würfel von 1 dm3 im Körper eines Organismus abgrenzen und nach Beziehungen suchen zwischen Anzahl der Zellen, Temperatur, in diesen Würfel suchen
statt in System aus Organen, von dem man begründet vermuten kann, daß es diese Variablen kontrolliert
z. B. möglich, daß nicht Temperaturen in Würfel für Zuckerkonzentration in eben diesem wichtig, wohl aber Temperatur in Organ außerhalb dieses Würfels
Ökologische Relevanz der in der Regel flächenbezogenen Daten oft fundamental unklareigentlich müßte man (für die meisten ökologischen Fragen) Untersuchungsflächen gemäß "Beziehungsnetzen" abgrenzen
Struktur synökologischer Einheiten
2.2 Begriff Elemente und Teile
„Struktur“ bezieht sich auf Anordnung und Verbindung zwischen Elementen / Teilenvon Gesellschaften / Ökosystemen
Was sind Elemente? Was sind Teile?
Elementeeines Systems sind die einzelnen Dinge, die die „Materie“ des Systems bilden
Elemente gibt es in unbestimmter Zahl
Die einzelnen Elemente sind austauschbar
Beispiele
Ein H2O‐Molekül ist ein Element des Wasserkörpers eines Sees (und ein Element der Klasse „Wasser“)
Atome sind die Elemente aller Körper, die chemisch nicht aus Verbindungen bestehen
Moleküle sind die Elemente aller Körper, die chemisch aus Verbindungen bestehen
Einzelpflanzen sind Elemente eines Waldes
Steine sind Elemente eines Hauses
Teile (i.e.S., Komponenten) sind die Dinge, die zusammen einbestimmtes System bilden
Teile gibt es ist bestimmter Anzahl
(Es muß aber keine genau festliegende Zahl sein)
Systeme undKlassen haben Elemente
NurSysteme haben Teile
Beispiele
Organe sind Teile eines Organismus
Das Dach ist ein Teil eines Hauses
Die Baumschicht ist ein Teil des Waldes
Das Epilimnion ist ein Teil des Sees
Der Einband ist ein Teil des Buches
Ein Elektron ist ein Teil eines Atoms
2.3 Was sind die Elemente/Teile einer biologischen Gesellschaft?
Üblich: Elemente sind die Einzelorganismen
Einzelorganismen gibt es in unbestimmter Zahl
Einzelorganismen sind austauschbar
Einzelorganismen‐Anzahl im allgemeinen unerheblich für strukturelle und funktionale Eigenschaften des Systems
Beispiel:
Trotz extrem unterschiedlicher Individuenzahl ändert sich Biomasse nur wenig,
Energiefluß nahezu gar nicht <folie>
Einzelorganismen zu Arten (im Sinne der Logik) zusammengefaßt
Sind die Arten(bzw. die lokalen Populationen) Elemente oder Teile?
(a) Gesellschaft definiert wie im Falle von „Eichen‐Hainbuchenwald“:
Arten sind Teile
(b) „Gesellschaft“ definiert wie im Falle von „Laubmischwald“:
Arten sind Elemente
Üblich, „Gesellschaft“ im Sinne von (a) zu verstehen
Bei (b) spricht man oft von „Formation“
Ist es sinnvoll, „Gesellschaft“ im Sinne von Artenkombination zu verstehen?
(Ist Artenkombination nur ein Muster oder eine relevante Struktur?)
Ist eine bestimmte Gesellschaft eine bestimmteArtenkombination?
Nicht unbedingt:
Gesellschaft kann unbestimmte Artenkombination sein
(a) Man kann auch eine unbestimmte Artenkombination eine Gesellschaft nennen(z. B. durch Einwanderungszufall entstehende Pioniergesellschaften)
(b) Man kann der Auffassung sein, Gesellschaften hätten grundsätzlich keine bestimmte Artenkombination
(Ist es sinnvoll, „Gesellschaft“ im Sinne von Artenkombination zu verstehen?)
Arten sind verwandtschaftliche und/oder morphologische Einheiten
(1) Nicht unbedingt zu erwarten, daß eine Art hinsichtlich ökologischer Funktion einheitlich
(2) Nicht unbedingt zu erwarten, daß Nähe unter Gesichtspunkt Verwandtschaft oder morphologischer Ähnlichkeit mit ökologischer Ähnlichkeit verbunden
Diese Art von Fragen führt zu
„Ökosystemforschung“
zu (1): Nicht unbedingt zu erwarten, daß eine Art hinsichtlich ökologischer Funktion einheitlich
Was ist gemeint, wenn gesagt wird:
„Pflanzenart A hat weite Amplitude hinsichtlich eines bestimmten Umweltfaktors verglichen mit Art B?“
(Harper 1977)
Zwei Möglichkeiten:
1) ein Individuum von Art A kann auf sehr verschiedenen Standorten wachsen
2) jedes Individuum von Art A kann nur in eng begrenztem Spektrum von Standorten wachsen, aber die Variabilität von Art A ist groß
<folie
Abb. 8: Zwei verschiedene Möglichkeiten, wie sich eine breite Amplitude einer Art für einen Umweltfaktor ergeben kann; Striche: Amplituden von Individuen. In Anlehnung an Harper.
Beispiel:
Agrostistenuis hat relativ weites Spektrum von Standorten, aber jedes Individuum hat eine viel engere (Schwermetallstandorte)
Dagegen viele Unkräuter:
jedes Individuum ist „Allzwecktyp“
Ökotypen (Turesson)
Zu (2): Nicht unbedingt zu erwarten, daß Näheunter Gesichtspunkt Verwandtschaft oder morphologische Ähnlichkeitmit ökologischer Ähnlichkeit verbunden
Ersetzbarkeit der Arten wird deutlich bei geographisch entfernten Gebieten mit ähnlichen Umweltbedingungen <folie>
Artenaustausch Strukturen anderer Art bleiben bestehen
Beispiel Mangroveninseln <folie>
Ergebnis von (1) und (2):
‐ Eine Art kann mehrere Ökologien haben
‐ Verschiedene Arten können gleiche Ökologie haben
Aus (2) folgt Frage:Ist es sinnvoll, „Vogelgemeinschaft“ oder „Pflanzengemeinschaft“ als Teile von „Lebensgemeinschaften“ zu untersuchen?
Vögel und Pflanzen eines „Bestandes“ sind ökologisch keine Gemeinschaften
Ihre Angehörigen haben ökologisch oft gar nichts miteinander zu tun
Beispiel Bussard – Schwalbe
Einheit sind Verwandtschaftsgruppen allenfalls dann, wenn ökologisch ähnlichZ. B. Pflanzen?Aber: Es gibt heterotrophe Pflanzen
besser, Gruppen aus ökologisch ähnlichen Individuen zu bilden(Larven ...)
besser, Gruppen aus ökologisch ähnlichen Arten zu bilden (funktionale Gruppen, Gilden)
Gilde
„a group of species that exploit the same class of environmental ressources in a similar way“
(ursprüngl. Definition von Roots 1967)
oder
„species that overlap significantly in their niche requirements.“
Eine Gilde sind z. B. die im Kronenbereich der Bäume lebenden samenfressendenVögel, die autotrophen Pflanzen der Krautschicht ....
Gildenbegriff weiter unterteilt
manche Autoren: Bindung an Ressourcenbegriff aufgegeben
Structuralguildsnutzen die gleichen Ressourcen, doch nicht notwendig auf die gleiche Weise
Response guilds„antworten“ auf gleiche Weise auf Störungen aus der Umwelt (Szaro 1986)
Unterscheiden:
‐ Gruppen von Arten mit gleicher Funktion („functionaltypes“)
‐ Gruppen von Arten, die gemeinsam „arbeitsteilig“ bestimmte Funktionausüben
Z. B. Kette von Detritivoren führt gemeinsam Remineralisierung durch
Anderer Typ von Einwand gegen die Benutzung von Arten als Teile von Gesellschaften:
Ist nicht Mehrheit der Arten ökologisch irrelevant?
Z. B. seltene Arten:
I. a. ohne (nennenswerten) Einfluß auf Prozesse in der Gesellschaft
Redundanz
Schlüsselarten
Überblick über Kapitel Muster und Strukturen
2.1 Raumzeitliche Abgrenzung von Gesellschaften
2.2 Elemente und Teile
2.3 Was sind die Elemente/Teile einer biologischen Gesellschaft?
Arten? Funktionale Komponenten ( Ökosysteme)?2.4 Diversität
Ökosysteme
Aus all solchen Überlegungen:
Nicht verwandtschaftliche Gruppen von Arten,
auch nicht Gruppen von Arten, die funktionale Einheit bilden,
sind als Teile der Gesellschaft betrachten.
Sondern:Teile der Gesellschaftfunktional und gänzlich unabhängig davon definieren,ob bestimmte Arten oder überhaupt Arten beteiligt:
Kompartimente
„Ökosysteme“
Kompartimente:
„Funktionale Untereinheiten, deren Elemente gleichsinnig an einem ökophysiologischen Prozeß mitwirken (etwa dem Falllaub‐Abbau).“ (Müller 275)
Inhalt eines Kompartiments:
Idealerweise nicht „Löwenzahn“, „Wasserfloh“, „Vögel“ ...,
sondern
‐ x kcal,
‐ y kg NO3,
‐ Transformation von x kg Kohlenhydrate + ... in y kg tierisches Eiweiß + ....
Kompartimente können „gefüllt“ werden durch Lebewesen ganz verschiedener Art
Bedingung: gleiche Funktion in Ökosystem
Beispiel: ein Blatt hat genauso viel Kalorien wie ein Insekt(für einen Allesfresser)
ersetzbar, als Kompartiment identisch
Lebewesen auch ersetzbar durch Nicht‐Lebendes:
Bestimmte Wärmemenge ebenso durch Sonnenstrahlung wie durch Fressen eines Tieres erzeugbar
<Ökosystem‐folien
Ökosystemforschung „ohne Arten“: seit 60er Jahren Aufschwung
Warum gefördert?
Hoffnung, aus Sicht der Praxis unnötigen Aufwand zu vermeiden
Black‐box‐Methode
Widerstand vieler Ökologen
Berufsständisch motiviert: Geld geht an Chemiker, Klimatologen .....
Ökosystemforschung für Ökologen relativ uninteressant
Art der Einwände:
‐Ökosystemforschung viel zu grob: „Tier frißt nicht beste Kalorien in falscher Packung“
‐ Hinter Ökosystemforschung Produktionsinteresse oderUmweltschutzinteresse, kein Naturschutzinteresse:Arten erscheinen als ersetzbar (Federgeistchen‐Aufsatz)
‐ Ausbeutung der Grundlagenforschung
Bisher „Ökosystem“ meist so gebraucht:
Erforschung von Gesellschaften (Biozönologie, communityecology)bedeutet meist:
Erforschung von Einheiten, die definiert von den vergesellschafteten Lebewesen (Arten) her
z. B. „Ökologie eines Melico‐Fagetum verglichen mit Ökologie eines Stellario‐Carpinetum“
Demgegenüber Ökosystemforschung:
Untersuchung von Strukturen und Funktionen unabhängig davon, welche Lebewesen‐Arten sie „füllen“ oder „ausüben“
Ökosystem in Amerika kann identisch sein mit Ökosystem in Europa,als Gesellschaft betrachtet aber völlig verschieden
Andere Gebrauchsweise von „Ökosystem“
In Hierarchie‐Darstellungen meist:
Ökosystem ist höhere Ebene als Gesellschaft
<Hierarchie‐Folie>
„Ebene“ bedeutet hier nicht: andere kategoriale Ebene,
z. B. psychische statt physischesondern:
Ökosystem umfaßt
Lebensgemeinschaft (= Ebene darunter)
plus etwas anderes: Umwelt<Abb. Odum 1.2 S. 5>
Folge:
Biozönologie (communityecology): untersucht nur Gesellschaft
Ökosystem‐Forschung: untersucht Gesellschaft + Umwelt
Folgerung vieler Forscher:
‐ Biozönologie wird von Biologen betrieben
‐ Ökosystemforschung dagegen ist interdisziplinär:
Biologen für lebende Bestandteile zuständig
Klimatologen, Hydrologen, Geologen ... für nicht lebende
Viele Ökologen widersprechen:
Definition "Ökosystem = Gesellschaft + Umwelt" zwar praktisch sinnvoll:
Manche Forscher befassen sich mehr mit Nährstoffgehalt des Bodenwassers, Strahlung etc., andere mit Freßgewohnheiten:
Forscher brauchen unterschiedliche Qualifikationen.
Aber:
Es gibt keine Ökologie von Lebensgemeinschaften, die sich nicht auch mit (abiotischer) Umwelt befaßt
Ohne Umwelt‐Bezug keine Ökologie.
So wie Autökologie definitionsgemäß sich mit Umweltbeziehungen befaßt
und nicht mit Lebewesen unter Absehung von Umweltbeziehungen
befaßtsich Synökologie definitionsgemäß mit Gesellschaften in Umweltbeziehungen
Begriff Lebensgemeinschaft (wie auch Lebewesen) enthält bereits Umwelt
Ökologie betreibt man nur, wenn man Umweltbeziehungen untersucht
Es gibt nicht nur keine Lebewesen / Gesellschaften ohne Umwelt
so daß man von Umwelt absehen, und nur Lebewesen / Gesellschaft selbst untersuchen könnte:
z. B. interspezifische Beziehungen, ohne Rücksicht darauf, wie diese von der Umwelt beeinflußt werden
Sondern vor allem:
Es gibt keine Umwelt ohne Lebewesen, deren Umwelt sie ist
Wer (z. B. als Chemiker, Hydrologe, Klimatologe) Umwelt untersucht, betreibt immer Ökologie, also Biologie
Chemiker erforscht, wenn er Umwelt untersucht, Lebewesen, ist also in diesem Moment Biologe
Denn er erforscht nur solche chemischen Vorgänge, die auf Lebewesen wirken und von ihnen bewirkt werden
Er wählt Umwelt aus der unendlichen Vielzahl von möglichen Untersuchungsgegenständen aus
Ohne Auswahl aus Perspektive des Lebewesenswäre "Umwelt" alles in Umgebung, also nichts: Leerformel
das, was angeblich zur Lebensgemeinschaft hinzukommt,gibt es gar nicht ohne Lebensgemeinschaft
Es gibt nicht "die Umwelt", welche bliebe, wenn Lebewesen entfernt
Ökosystem‐Forschung ist nicht "mehr"als Ökologie von Gesellschaften,
sondern
Ökosystem‐Forschung ist Teil der Ökologie von Gesellschaften
(konzentriert sich auf bestimmte Aspekte der Gesellschaft)
Ökologie von Gesellschaften (z. B. Biozönologie) war schon immer Ökosystem‐Forschung
"Ökosystem" ursprünglich (Tansley) nicht so gemeint,als ob zu Lebensgemeinschaft noch etwas hinzugefügt
Was sollte Ökosystem Neues bedeuten?
Alles in Ökologie soll als physikalisches System betrachtet werden.
Also spezifisch biologische Begriffe vermeiden
Also z. B. nicht: wie unterteilt sich Vegetation in Verwandtschaftsgruppen (Gräser, Farne ...) oder nach geographischer Herkunft (pontische, mediterrane Elemente):
Das wäre keine ökosystemare Betrachtung
Ökosystemare Betrachtung:
das Lebewesen wird betrachtet als
x cal Energie, y kg N + z kg C, Körper von x m3 Volumen;
Welche Größen? Werden ausgewählt unter Perspektive "Systemfunktion"
"Wie funktioniert System in wechselseitigen Beziehungen?",
"Wie ändert sich ein Teil hinsichtlich Eigenschaft x, wenn 2 andere Teile sich bzgl. Eigenschaft y ändern?“
Lebende Komponenten werden von nicht‐lebendennicht unterschieden
Sinn des Ökosystem‐Begriffs war nicht,
gemeinsamen Gegenstand für Zusammenarbeit von Biologen, Chemikern, Meteorologen, Geologen etc. zu konstituieren
(das war Biologie in sich immer schon),
sondern:
Biologie als Physik zu betreiben
so wie Physiologe,
der über Kreislauf in Begriffen von Druck, Volumen, Fließgeschwindigkeit spricht,
genau wie Hydrauliker (Physiker)spricht
(statt als Biologe: Begriffe wie "Erregung", "Krankheit", "Alter")
Sinn des Ökosystem‐Begriffs war nicht,
etwas innerhalb der Lebensgemeinschaft (bzw. "die Lebewesen") mit etwas außerhalb (= Umwelt)zu verbinden
sondern:statt konkreter Lebewesen "gedankliche Isolate" untersuchen,
und zwar exakt = mit Mitteln der Physik
Später:
Aus „Lebendes und Nicht‐Lebendes nicht unterscheiden“ wurde „Lebendes und Nicht‐Lebendes verbinden“
Heute manchmal andere Begriffsverwendung:
Von Ökosystem‐Theorie nur reden, wenn Betrachtung mittels Allgemeiner Systemtheorie (Stöcker)
alsonicht (nur) reduzieren auf kcal, N‐Gehalt etc.
Sondern
Begriffe verwenden wie "Rückkoppelung", "Systemstabilität", Selbstregulation", "input‐output", "Kontrolle", "Ausdifferenzierung von Subsystemen"
Merken:
Oftmit Ökosystem‐Forschung gemeint:
Primär wird Umwelt einer Lebensgemeinschaft untersucht
mehr Fragen wie: unter welchen Klimafaktoren kann Eichenwald vorkommenals:aus welchen Arten setzt er sich zusammen
Oft aber auch eher in Tansleys Sinn gemeint:
‐ Stoff‐ und Energieströmezwischen „Kompartimenten“
‐ zwischen lebend und nicht‐lebend nicht unterschieden
Sind Ökosysteme hochkomplex?
Behauptung baut auf auf bestimmtem metaphysischem Ökosystembegriff:
Ökosystem komplexer als Gesellschaft, weil Ökosystem mehr umfaßt:
Gesellschaft und Umwelt
Lebensgemeinschaft ihrerseits komplexer als Population, diese komplexer als Einzelorganismus ...
falsch
Was heißt komplex?
Mehrere Bedeutungen
Z. B.: "Komplexes System" ist eines, bei dem "aufgrund immanenter Beschränkungen der Verknüpfungskapazität der Elemente nicht mehr jedes Element jederzeit mit jedem anderen verknüpft sein kann" (Luhmann, Soz. Systeme S. 46 <40?>)
wenn "Verknüpfungskapazität" der Elemente /Teile beschränkt durch nur 3 Anschlußstellen
bei > 4 Elementen / Teilen "komplex" (Verknüpfung nur über Umweg möglich)
folie
Komplexitäts‐Definition ohne diesen Sprung vom Nicht‐komplexen zum Komplexen:
"Komplex" bezeichnet"Menge der Elemente/Teile und ihrer Relationen"
System aus 3 Teilen mit 8 Verbindungen „weniger komplex" als System aus 3 Teilen mit 12 Verbindungen oder 7 Teilen mit 8 Verbindungen
Da Verbindungen meist schwerer zu erfassen, bezieht sich "komplex" praktisch meist nur auf
"Menge der Elemente/Teile"( Vielfalt, Diversität)
Annahme: Systeme mit mehr Elementen mehr Beziehungen möglich, also höhere Komplexität möglich
Für unsere Frage entscheidend:
Was ist ein Element/Teil eines Ökosystems?
Soll man im Ökosystem (Gesellschaften) z. B. die Arten, die Individuen, die Moleküle, die Kompartimentezählen?
Wer behauptet:
"Ökosystem ist hochkomplex"
(komplexer als Population oder Einzel‐Organismus)
glaubt:
Was Element ist, ist "substanzialistisch" vorgegeben
D.h.: alles setzt sich aus Letzteinheiten zusammen ("Atome")
Jedes Ding hat bestimmte Zahl von Teilen, und davon hängt Komplexität ab
Elefant komplexer als Maus, weil mehr Letzteinheiten (Atome)
Wenn aber nicht Letzteinheiten, sondern alles bis ins Unendliche teilbar:
Elefant nicht notwendig komplexer als Bakterium:
beide unendlich komplex,
denn:
Zahl der Elemente / Teile hängt nun allein davon ab, was als Element /Teil definiert wird
Systemtheorie:
Was Element /Teil ist, bestimmt das System, oder der, der das System definiert
Teile des Systems Atom: Protonen, Elektronen
Teile des Systems Molekül: Atome, nicht Protonen
Teile des Systems Organismus: Organe, nicht Moleküle
Teile des Systems Lebensgemeinschaft: Populationen oder Individuen, jedenfalls nicht Moleküle oder Organe
Zwei Fälle:
(a) System bestimmt, was Teil ist,
(b)Beobachter definiert, was Teil ist
a) "System bestimmt, was seine Teile sind"
bezieht sich aufselbstreferentielle Systeme
z. B. Organismen.
Ein solches System können wir nicht nach Belieben abgrenzen: es grenzt sich selbst ab, wir müssen Grenze finden
Ein solches System ist auf bestimmte Teile angewiesen:braucht Herz, Nieren, Lunge usw.
Damit liegt Zahl der Teile im Prinzip festWoraus die Teile bestehen, interessiert das System wenig
System kann Bestandteile seiner Teile ersetzen (z. B. Organismen die Bestandteile ihrer Organe)
Bestandteile seiner Teile existieren für das System nicht:
Prothesen: Goldzahn gleich/besser als natürlicher Zahn
Wir haben Zahnweh, nicht Zellen im Zahn tun weh
"Element ist, was für das System nicht weiter auflösbar ist"(Luhmann, Soz.S., 43)
b) "Beobachter definiert, was die Elemente /Teile des Systems sind":
Beobachter grenzt System ab, System grenzt sich nicht selbst ab
Z. B. "System Stadt", "System Stadt und Umland“
Bei Abgrenzung muß auch definiert werden, was die Elemente / Teiledes Systems sind
System Stadt bestehe aus 7 Stadtteilen als seinen Elementen
System Stadt bestehe aus 7000 Häusern als seinen Elementen
Ökosysteme (Gesellschaften) sind "beobachterkonstituierte Systeme“
D.h. man mußdefinieren, was Element / Teil sein soll
Gesellschaft kann viel weniger komplex sein als Population obwohl sie immer mehrere Populationen umfaßt:
kann weniger Elemente/Teile und Verknüpfungen umfassen
Population besteht aus 1000 Individuen,Lebensgemeinschaft nur aus 10 Populationen
Einwand:
Aber die Elemente der Elemente (z. B. die Individuen der Population) sind doch da und sind wirksam
Dagegen:Für das System ist nur die Wirkung auf der Ebene seiner Elemente wichtig
z. B. Räuber‐Beute‐System:
Für Räuber ist Biomasse (oder Geschwindigkeit, Kraft ...) seines Beute‐Organismus interessant, nicht aufgrund welcher komplexen oder einfachen Vorgänge diese erzeugt
Komplexität der unteren Ebene (= der Elemente der Population) wird "verschluckt"
Gesellschaft (Ökosystem) kann viel weniger komplex sein als Population, Individuum oder Molekül
z. B.:
Ökosystem Wald = alle Arten + Verknüpfungen komplex
"das selbe" Ökosystem = Produzenten + Konsumenten + Destruenten nur 3 Elemente wenig komplex
Einwand:
„In Wirklichkeit" ist Ökosystem Wald doch hoch komplex:
Auch wenn nur Produzenten, Konsumenten und Destruenten betrachtet, so sind die Arten doch vorhanden
= "wenig komplex" ist nur Modell, nicht Wirklichkeit
Aber:
Einwand läuft leer:
jedes natürliche Objekt ist "in Wirklichkeit" unendlich komplex auch Staubkornund:Komplexität von 2 Staubkörnern nicht höher als die von einem:
unendlich + unendlich gibt nicht 2 x unendlich, sondern unendlich
ganzer Wald ist nicht ("in Wirklichkeit") komplexer als Staubkorn:
beide unendlich komplex
Argument auf anderer Ebene:
Erforschung der Ökosysteme kann einfache Aufgabe sein (Problem ist wenig komplex)
Ökologie bearbeitet gar nicht die Komplexität des Ökosystems,egal ob "3 Elemente" oder "alle Arten"
sondern:Aus dem, was man gerade als System ansieht,wird unter bestimmter Frage Aspekt ausgewählt
Nur Beziehungen zwischen Netto‐Primärproduktion und Biomasse der Produzenten werden untersucht,
nicht Körpergröße der Produzenten, Verhalten, Lebenszyklus ...
Kann sehr einfache Aufgabe sein,
verglichen mit bestimmter Aufgabe, die sich Physiker, Chemiker ... stellt
Sinn der Redeweise "Ökosystem = hochkomplex":
eher forschungspsychologisch als forschungslogisch
1) komplex = kompliziert, schwierig habt Nachsichtmit Ökologen, wenn noch wenig herausgefunden
2) Entschuldigung, wenn verwaschene Begriffe: unser Gegenstand ist ja so komplex, da können Begriffe nicht genau treffend sein
3) Wir sind eigentlich viel besser als Chemiker, Physiker ...,eigentlich alle Wissenschaftler,
weil wir mit so komplexen Dingen fertig werden.
Heißt das nun,daß die Gegenstände der Synökologie einfach sind?
Nein: Es gibt ja hochkomplexe Ökosysteme / Lebensgemeinschaften
Wennman bestimmte Frage gestellt hatund Eigenschaften etc. festgelegt, bzgl. derer man Komplexität untersuchen will
kann folgen:Ökosystem ist ggf. viel komplexer als Eiweißmolekül, und Aufgaben komplizierter
d.h.Komplexität ist Frage, die empirisch untersucht werden muß,nichtfür Ökosystem / Lebensgemeinschaft vorauszusetzen
Überblick über Kapitel Muster und Strukturen
2.1 Raumzeitliche Abgrenzung von Gesellschaften
2.2 Elemente und Teile
2.3 Was sind die Elemente/Teile einer biologischen Gesellschaft?
Arten? Funktionale Komponenten ( „Ökosysteme“)
2.4 Diversität
„Diversität“ bezieht sich im allgemeinen auf Anzahl der Elemente und deren Verteilung auf Elementgruppen
Anzahl der Individuen – verteilt auf Arten häufige Arten werden stärker berücksichtigt
Raumstruktur der Anordnung von Elementen (Arten) dabei im allgemeinen nicht mit gemeint
Raumstruktur oft mit Struktur im engeren Sinne gemeint
Folien
Überblick
‐ Begriffe
‐ Diversität nach Shannon
‐ Ursachen von (hoher) Diversität
Begriffe
Reichtum
Mannigfaltigkeit
Komplexität
Biodiversität
Vielfalt
Vielzahl
Unterscheiden:
FachsprachlicherGebrauch
AllgemeinsprachlicherGebrauch
Z. B. fachsprachlich:
Reichtum = Artenzahl pro Fläche oder Gesellschaft
Vielfalt (Diversität):
Verbindung von Artenzahl und Verteilung der Individuen auf die Arten
Allgemeinsprachlich:
Reichtum: auch qualitativ
Vielfalt: qualitativ
Vielzahl: quantitativ
Biodiversität
Herkunft von „Biodiversität“:
Biodiversitätskonvention von 1992 (Rio)
Versuch von Biologen, auf einem umweltschutzpolitisch wichtigen Sektor Definitionsmacht zu bekommen.
„Die Biodiversitätskonvention von 1992 verbindet drei Ziele für den Umgang mit biologischer Vielfalt: ihren Schutz, die nachhaltige Nutzung ihrer Bestandteile und die gerechte Aufteilung der sich aus der Nutzung genetischer Ressourcen ergebenden Vorteile.“ (internet)
Definitionen „Biodiversität“:
„Biologische Vielfalt bedeutet die Variabilität unter lebenden Organismen jeglicher Herkunft, dies umfaßt die Vielfalt innerhalb der Arten und zwischen den Arten und die Vielfalt der Ökosysteme.“ (CBD, Artikel 2)
„Biodiversityistheproperty of livingsystems of beingdistinct, thatis different, unlike.....“ (Solbrig O.T.,1991, Biodiversity, UNESCO Paris)
Unter "biologischer Vielfalt" bzw. "Biodiversität" versteht man die Vielfalt des Lebens auf der Erde, von der genetischen Vielfalt über die Artenvielfalt bis hin zur Vielfalt der Ökosysteme. (internet)
Thesen/Fragen:
(In welchem Sinne) ist Biodiversität ein naturwissenschaftlicher Begriff?
Man kann nicht angeben, wie groß „die Biodiversität“ ist, und man kann keine generalisierenden Aussagen über die Wirkung „der Biodiversität“ treffen.
(Wie) kann man Begriff der (biologischen) Vielfalt so verwenden, daß man ihn in einer Naturwissenschaft benutzen kann?
Vielfalt naturwissenschaftlicher Begriff im engerenSinne?
durch empirische Prüfungmüßte entschieden werden können, ob Aussage wie
„hier ist die Vielfalt höher als da“
zutrifft (wenigstens im Prinzip)
Aber:Gesellschaft aus dreißig Arten hat höhere Artenzahl als Gesellschaft aus drei.
Nun sei drei‐Arten‐Gesellschaft = eine Pflanze, ein Bakterium und ein Vogel
dreißig‐Arten‐Gesellschaft = dreißig Vögel
Welche Gesellschaft hat die größere „Vielfalt“?
Frage offensichtlich nicht zu beantworten
Ist dann „Biodiversität“ naturwissenschaftlicher Begriff im weiteren Sinne?
Beispiel Nische: „Ist Nische von Art A breiter als Nische von Art B“ nicht zu beantworten.
Begriff Nischenbreite muß erst operationalisiert werden, z. B.: „Nischenbreite“ wird definiert als Temperaturtoleranz plus Salztoleranz, und beide werden in bestimmter Weise gewichtet
Also:Biodiversität z. B. als Artenzahl definieren
Frage wird entscheidbar: Gesellschaft aus 30 Vogelarten ist vielfältiger
Aber: stimmt nicht – sie ist nur artenreicher
Begriff so definieren, daß er quantifizierbar wird:
Nur dann erlaubt, wenn es nach dieser Operation wenigstens im wesentlichen noch der selbe Begriff ist
Sonst bezieht sich Quantifizierung auf etwas ganz anderes als das, was der Begriff bedeutet
Vielzahl nicht gleich Vielfalt
Vielfaltbezieht sich auf sich ent‐faltende Einheit, d. h. Auf qualitativenDifferenzierungsprozeß
Vielfalt für Vielzahlunabhängiger oder mechanisch verbundener Dinge benutzt: falscher Begriffsgebrauch
Man belegt vollkommen anderen Sachverhalt mit gleichem Wort
Biodiversität (und Vielfalt überhaupt) läßt sich nicht auf Basis von Messungen hinsichtlich ihrer Größe vergleichen
Artenzahl, Zahl der Gene und Zahl der Ökosysteme ergeben nicht in ihrer Summedie Biodiversität
Dazumüßte
(1) noch unendlich viel hinzukommen
(2) wäre bestimmte Qualität („Entfaltung“) erforderlich
Sondern allenfalls:jedes von ihnen (und alle zusammen, und unendlich viel mehr) „drückt“ die Biodiversität „aus“
Sie selbst ist etwas von ganz anderer Art
„Artenzahl (Zahl der Gene, der Ökosysteme usw.) ist Ausdruck der Biodiversität“
Was impliziert diese (übliche) Redeweise?
Was „Ausdruck“ heißt, läßt sich grundsätzlich nicht benutzen, um zu messen, wie groß das ist, dessen Ausdruck es ist
Analogie:
Schreien ist Ausdruck von Schmerz
Wir können aber nie wissen, ob Lautstärke des Schreies dem gefühlten Schmerz entsprichtobwohl wir dieses Verhältnis praktisch verwenden
Falsch: „Artenzahl ist Maß für Biodiversität“
Richtige Verwendung von „Maß“:
„Biomasse‐Zuwachs ist Maß für CO2‐Verbrauch“;
denn auch dieser ist meßbare Größe und beide sind korreliert.
Wenn etwas das Maß von etwas sein soll, von dem es Ausdruck ist, dann benutzt man Begriff Maß falsch.
Begriffe, mit denen wir etwas bezeichnen, was sich ausdrücken kann, gehört:
Sie sind nicht durch das meßbar, worin sie sich ausdrücken,
auch wenn sie dadurch „erfahren“ werden können.
Beispiel: Ausdruck innerer Zustände durch Körperzustände
Wie kann „Biodiversität“in Naturwissenschaften gebraucht werden?
heuristische Funktion:
lenkt Aufmerksamkeit auf relevante Phänomene („Biodiversität“ ist lebensweltlich relevant)
Aber:
um diese Phänomene naturwissenschaftlich bearbeiten zu können, muß man transformieren: Vielfalt Vielzahl
In Ökologie übliche Verfahren zur Messung von „Diversität“ beziehen sich alle aufVielzahl, nicht auf Vielfalt
Man mußKlassenvon Elementen bilden, die bezüglich bestimmter Eigenschaft gleich
Elemente und Klassen kann man dann zählen
Die Zahl nenntman üblicherweise „Diversität“(der Lebensgemeinschaft, des Raumes ...)
Damit natürlich nicht dieVielfalt erfaßt
Schon deshalb nicht, weil immer willkürliche Festlegungen:
Was fasse ich als gleich auf, so daß ich es zählen kann?
Wie behandle ich die unterschiedlichen „Abstände“ zwischen den Klassen Gleicher?
ist z. B. Distanz zwischen zwei Vogelarten genau so zu gewichten wie die zwischen einer Vogel‐ und einer Pflanzenart?
Zusammenfassung
Man kann nicht objektiv angeben,wie hoch „die Biodiversität“ ist:
läßt sich durch geeignete Definition beliebig erhöhen oder erniedrigen
Heutiger Rückgang der Biodiversität läßt sich durch geeignete Definition in Erhöhung verwandeln
Tatsächlichuntersucht man in der Ökologie nicht die Biodiversität, sondern bestimmte meßbare / zählbare Parameter,meist Artenzahl
„Diversität“ in Ökologie:
Nicht reine Artenzahl, sondern auch
„Bedeutung“ der Elemente der Einheit
(= der Fläche, deren Arten interessieren, der Gesellschaft)
= Versuch der naturwissenschaftlichen Formulierung von „Vielfalt“ oder „Mannigfaltigkeit“
Bei gleicher Artenzahl:
‐ Die meisten Individuen gehören einer Art an,einige verteilen sich auf mehrere Arten:Vielfalt gering, „eintönig“
‐ Jedes Individuum gehört anderer Art an:Vielfalt hoch
Shannon‐Weaver‐Gleichung:
sHS = ‐ Σ . ni . ln . ni
i=1 N N
n = Bedeutungswert des Elements, im allgemeinen Individuenzahleiner Art
N = Gesamtheit der Bedeutungswerte, im allgemeinenGesamt‐Individuenzahl der Gesellschaft
S = Zahl der Elemente, im allgemeinen Artenzahl
H: bei gleicher Artenzahl am höchsten, wenn alle Arten gleiche Individuenzahl
Äquität (evenness, E): Gleichmäßigkeitskomponente
E = HSlns
Shannon‐Weaver/Wiener‐Gleichung
Shannon: Informationstheoretiker
Wiener: Kybernetiker
Gleichung aus Informationstheorie
Was bedeutet hier „Information“?
Wenn alle Individuen einer einzigen Art angehören: Diversität am geringsten
= geringster „Informationsgehalt“
d. h. Wahrscheinlichkeit am geringsten, bestimmtes Individuum zu treffen, wenn man nur die Artzugehörigkeit kennt und eines herausgreift
Wenn jedes einer anderen Art zugehört und man nur die Artzugehörigkeit kennt, ist Wahrscheinlichkeit am größten, bestimmtes Individuum zu treffen: 100 %
In diesem Sinne ist Informationsgehalt bei geringster Diversität am geringsten
Informationsgehalt mit umgekehrtem Vorzeichen: Entropie
Entropie zugleich: Maß für Gleichverteilung der EnergieKeine Energie mehr zur Leistung von Arbeit
D. h. geringste Diversität = geringste verfügbare Energie
Entropie zugleich: Maß für Unordnung
D. h. geringste Diversität nicht nur geringster Informationsgehalt, sondern auch größte Unordnung
Auch andere informationstheoretische Madaße (bit, byte)
Vorzug der Shannon‐Formel:= Formel für Negentropie
Diversität „ist“
‐Maß für Mannigfaltigkeit/Eintönigkeit Ästhetik
‐Maß für bestimmte Vielzahl
‐Maß für Informationsgehalt
‐ Informationstheorie ist allgemeine Systemtheorie, d. h. anwendbar aufalles: Maschinen, Nervensysteme, Gedichte ....
‐Maß für Ordnung
‐ Physikalisches (thermodynamisches) Maß: Energie
Hoffnung, Diversitäts‐Steigerung eines Ökosystems als Steigerung des Informationsgehaltes, Entfernung von Unordnung (Entropie ...) interpretieren zu können
Erklärt Karriere der Formel in Ökologie
Hoffnungen scheinen sich nicht erfüllt zu haben
Ursache vielleicht:
Informationstheorie rein formal
Befaßt sich nicht mit Inhalt der Information
Kommt aus Technik,Fragen wie: wie viel „Information“ kann man durch bestimmte Leitung schicken
„Information“ hier nichts Semantischesd. h. ob über etwas informiert wird
Datei mit 100000 bytes enthält in semantischen Sinn nicht mehr Information als Datei mit 10000 bytes
Informationsbegriff der Informationstheorie rein quantitativ,erlaubt nicht, zwischen seltenen Wahrheiten und seltenem Unsinn zu unterscheiden
d. h. wenn hochdiverses Ökosystem hohen Informationsgehalt hat, bedeutet das nicht, daß es über etwas informiert ist
Biologische Bedeutung dessen,was man mit Shannon‐Formel mißt, unklar
Erklärung hoher Diversität
Einige Hypothesen:
1. konkurrenzbedingte Nischendifferenzierung
2. räumliche Heterogenität
3. günstige Umwelt
4. lange, ungestörte Entwicklung
5. Zuwanderung
Zu (1) Ursache hoher Diversität ist konkurrenzbedingte Nischendifferenzierung
Konkurrenzausschluß erniedrigt Artenzahl
Wenn nicht ganz übereinstimmende Nischen: Nischendifferenzierung
Ähnlichkeit zwischen Arten wird geringer
Erhöhung der Umwelt‐Heterogenität für andere Arten
Nischen für andere Arten
aber:Kritik an Nischendifferenzierungstheorien (z. B. diffuse Konkurrenz)
Zu (2) Ursache hoher Diversität ist räumliche Heterogenität
(Variabilität der Umweltfaktoren im Raum)
Räumliche Heterogenität ist Folge konkurrenzbedingter Nischendifferenzierung
Zusammenhang mit Diversität scheint trivial:
Lebewesen haben verschiedene Umwelten
Also:In verschiedenen Umwelten verschiedene Lebewesen möglich
Also:Je mehr verschiedene Umweltfaktoren in einem Raum, desto mehr verschiedene Lebewesen
Bestätigung durch Erfahrung
Z. B.
‐ Kulturlandschaft verglichen mit Wald
‐ Außenbereich der Städte
Kann es Ausnahmen geben?
‐ Können auch räumlich homogene Habitate hohe Diversität haben?
‐Kann räumliche Heterogenität Diversität erniedrigen?
Zu (a): „Paradox des Planktons“
Zu (b):
Räumliche Heterogenität kann durch Anwesenheit von mehr verschiedenen anderen Organismen größer werden
Organismen aber qualitativ verschieden
manche wirken weniger stark auf Diversität als andere
mehr Arten, aber „schlechte“ Arten möglich: Lebensmöglichkeiten für weniger Arten, die auf sie angewiesen
möglicherweise insgesamt weniger Arten auf Fläche
Konstruiertes Beispiel:
Auf Eichemaximal 500 Tierarten
Bestand aus 10 Eichen
Jede einzelne Eiche im Durchschnitt 100 Tierarten; durch Überschneidung: alle 10 Eichen zusammen 300 Tierarten
8 Eichen durch Ginkgo ersetzt
auf Ginkgo keine Tiere
Diversitäts‐Erhöhung der Pflanzen = Erhöhung der Umweltheterogenitätfür Tiere
Aber: 2 Eichen maximal 200 Tierarten Bestand Eiche + Ginkgo hat weniger Arten als Eichenreinbestand
Allgemein:
Erhöhung der Umwelt‐Heterogenität kann darin bestehen, daß Teile der Umgebung für manche Arten ganz ungeeignet werden Diversität sinkt
Weitere Beispiele:
‐ Erhöhung der Umwelt‐Heterogenität durch Einwanderungvon Prädatoren Ausschluß mancher Arten
‐ Erhöhung der Umwelt‐Heterogenität durch Faktoren,die Räuber begünstigen
Weitere Möglichkeit der Erniedrigung der Arten‐Diversität durch Erhöhung der Umweltheterogenität:
Zunahme räumlicher Heterogenität einzelne homogene Teilflächen werden kleiner(feinkörnigeres Muster)
Wenn dabei manche Teilflächen sehr klein werden und bei großer Zahl verschiedenartiger Teilflächen:
Wahrscheinlichkeit steigt, daß zwischen gleichen Teilflächen andere liegen
für kleine und wenige mobile Organismen: Verinselungseffekte
Beispiel:
Auflösung eines Waldes in Waldinseln in Kulturland
räumliche Heterogenität größer, mehr unterschiedliche Nischen, höhere Diversität der Arten
Aber für manche Arten:
kleine Populationen Aussterberisiko steigt
isolierte Populationen keine Verhinderung des Aussterbensdurch Rettungseffekt
Insgesamt kann räumliche Heterogenität aber als wichtige Ursache hoher (Arten‐)Diversität gelten
Zu (3) Ursache hoher Diversität ist günstige Umwelt
Argument vor allem: Zunahme der Diversität in Richtung Tropen<folie Ameisen usw. Begon>
<Folie Vöge‐N‐Am.>
Logisches Problem:
günstige Umwelt darf nicht durch hohe Diversität definiert werden
Frage umformulieren:
Z. B. Beziehung zwischen Artenzahl und bestimmten Klima‐ und Bodeneigenschaften oder der Produktivität
Diversitäts‐Anstieg zu Tropen hin kein Beweis, daß „Umweltgunst“ Diversitätfördert:
Mit der Breitenlage ändern sich auch viele andere Faktoren, nicht nur Produktivität
Produktivitätsanstieg bedeutet mehr Ressourcen pro Fläche mehr Arten?
Diversitätmuß nicht höher sein:
Zusätzliche Ressourcen können von vielen Individuen einer Art genutzt werden
Argument anderen Typs für „Produktivität steigert Diversität“:
hohe Produktivität
mehrschichtige Vegetation
Licht gestreut und reflektiert
weiter Gradient von Lichtintensitäten und ‐qualitäten
viele Spezialisierungsmöglichkeiten
Aber bei sehr geringer Ressourcenmenge für manche Arten keine Möglichkeit des Lebens ihrer Organismen mehr
‐ Anspruchsvolle Pflanzen kümmern
‐ Tiere müßten zu weite Wege zurücklegen
Dichte mancher Populationen unter kritischem Punkt
weniger Populationen pro Fläche
Komplexere Theorie (Ricklefs)
Humide Tropen:
‐ Sonnenstand höher
‐ Vegetation dichter
‐Weitere Faktoren speziellerer Art, insbesondere rasche Auswaschung, wenn Vegetation beseitigt
Folgen:
‐ in Lichtungen höhere Einstrahlung als außerhalb der Tropen
‐ In Bestand wegen dichter Vegetation viel geringere Einstrahlung als außerhalbder Tropen
Bestandesklima viel stärker abweichend von Freilandklima
‐ in Lichtung kurzzeitig sehr hohe Nährstoffmenge, dann sehr rasche und starke Reduzierung
In humiden Tropen (u. a.) wegen Produktivität starke räumlich‐zeitlicheHeterogenität der Umweltfaktoren
hohe Diversität
Prüfung dieser Behauptung:
Diversität derürfte nur im tropischen Regenwald hoch sein, nicht in Tropen überhaupt
Beispiel tropisches Grasland
<folie>
Einwandgegen „Ursache hoher Diversität ist günstige Umwelt“:
Aushagerung von Rasen Diversität steigt
Zu (4) Ursache hoher Diversität ist lange, ungestörte Entwicklung (zeitliche Homogenität)
Dafür spricht z. B.:
‐ Artenreichtum des tropischen Regenwaldes
‐ Artenreichtum des Benthos bei ca. 2000 mMeerestiefe
‐ Artenreichtum später Sukzessionsstadien (?)
Erklärung:
Lange Entwicklung:
‐Möglichkeit der Zuwanderung
‐Möglichkeit evolutionärer Differenzierung
Ungestörte Entwicklung:
kein Aussterben
Rückkoppelung:
Wenig Störung Möglichkeit von Langlebigkeit dauerhafte Strukturen weniger Störungen
Argumente gegen „lange ungestörte Entwicklung führt zu Diversität“
Empirische Belege zum Teil nicht tragfähig
‐ Regenwald nicht in jeder Hinsicht alt und ungestört
‐ langfristiges Gleichbleiben der Umweltbedingungen in Tropengenerell überschätzt
auch in Tropen während Eiszeit Klima kühler und feuchter(für bestimmte Arten kann Temperaturerniedrigung von 20 auf 10 Grad ebenso tödlich sein wie Vereisung)
‐ Ungestörtheit ist Frage des Maßstabs
(umstürzende Bäume für Insekten, Sonnen‐Epiphyten)
Ungestörtheit = zeitliche Gleichheit der Umweltfaktoren verhindert Spezialisierung = Diversitäts‐Erhöhung
Spezialisten unterscheiden sich untereinander stärker als Generalisten Nischen für andere Arten
Wechselnde Umweltfaktoren zeitliche Nischen
‐ Beispiel Frühjahrsgeophyten
‐ Beispiel langlebige Fruchtfresser
Späte Sukzessionsstadien nicht unbedingt artenreicher
Lange ungestörte Entwicklung hat räumlichen Homogenisierungseffekt
Widerspruch zu Prinzip „räumliche Heterogenität fördert Diversität“
Lange ungestörte Entwicklung:
in humidem Klima fast überall Wald
‐ Im Wald mehr oder weniger keine mikroklimatischen Unterschiede,im Freiland sehr große
‐ Homogenisierung der Bodenverhältnisse (Auswaschung, Humusbildung)
Mäßige Störung wirkt diversifizierend
Starke Störung wird nur von wenigen Arten ertragen Artenzahl sinkt
Keine Störung: Konkurrenzstarke Arten verdrängen schwächere Artenzahl sinkt
Mäßige Störung:
Wenn konkurrenzstarke Arten beeinträchtigt werden,
konkurrenzschwache Arten Störung noch ertragen
kein Dominanzeffekt Artenzahl steigt
< Folie Kaninchen‐Dünen>
Beispiel Beweidung Dünen durch Kaninchen
Keine / sehr schwache Beweidung:
Konkurrenzstarke Gräser verdrängen schwache Arten geringe Artenzahl
Mäßige Beweidung:
Kaninchen bevorzugen dominante Gräser(weit verbreitetes Prädatoren‐Verhalten)
keine Verdrängung schwächerer Arten
Artenzahl steigt
Starke Beweidung:
Nahrungsknappheit Kaninchen fressen auch seltene ArtenArtenzahl sinkt
Regel für selektive Störung:
Dominante betroffen: Artenzahl steigt
Seltene betroffen: Artenzahl sinkt
Bei mittlerer Störungsintensität höchste Artenzahl
„intermediate disturbance hypothesis“
(Connell 1978)
„Naturexperiment“ zu Hypothese
„mittlere Störung steigert Diversität“(Sousa 1979)
Geröllfeld an südkalifornischer Küste
Bewachsen mit Algen und Entenmuscheln
Steine mittlerer Größe am artenreichsten
Erklärung:
Kleine Steine oft von Wellen umgedreht
Lebensgemeinschaften auf ihnen immer in frühem Sukzessionsstadium
nur wenige typische Pionierarten auf ihnen(insbesondere solche, die zum jeweiligen Besiedlungszeitpunkt gerade viele Verbreitungseinheiten)
jeder einzelne Stein ( = eine „Gesellschaft“) ist artenarm
auf jedem Stein kann allerdings andere Pionierart ankommen
Geröllfeld aus kleinen Steinen allerdings artenreich
viele verschiedene „Gesellschaften“,theoretisch auf jedem Stein eine andere
alpha‐Diversität niedrig,
beta‐Diversität hoch,
gamma‐Diversität niedrig
alpha‐Diversität: Arten‐Diversität einer Gesellschaft
beta‐Diversität: Gesellschafts‐Diversität des Geröllfeldes
gamma‐Diversität: Arten‐Diversität des Geröllfeldes
(hier, gibt andere Definitionen)
Große Steine: selten oder nie umgedreht
konkurrenzstarke Arten können sich durchsetzen (Dominanzeffekt)
Gesellschaft ist artenarm
wie auf kleinen Steinen: nur eine Art
aber: nicht die zufällig zuerst angekommene, sondern die eine konkurrenzstärkste des ganzen Geröllfelds
auf homogenem Substrat setzt sich eine Art durch (Gigartina canaliculata)
alpha‐Diversität niedrig, beta‐Diversität niedriggamma‐Diversität niedrig
Extremfall: auf ganzem Geröllfeld nur eine Art
Mittelgroße Steine: mäßig oft umgedreht
Folge:
‐ soeben umgedrehte Steine: nur Pionierarten
‐ schon länger nicht mehr umgedrehte: nur Arten später Sukzessionsstadien
‐ Steine mit mittlerer Sukzessionsdauer: Arten mittlerer Stadien,einige Pionierarten und einige Arten später Stadien
alpha‐Diversität unterschiedlich, bei mittlerer Sukzessionsdauer hoch
beta‐Diversität: sehr hoch
(viele verschiedene Gesellschaften; beta‐Diversität höher als bei Geröllfeld mit kleinen Steinen, weil nicht nur Pionierarten, sondern auch Arten der Spätstadien)
gamma‐Diversität: sehr hoch
Zu (5) Ursache hoher Diversität sind Zuwanderungsprozesse
Zuwanderung ist als Diversitäts‐Ursache auch bisher meist einbezogen
(außer bei Erhöhung durch Evolution am Ort (selten)
Aber bisher nicht betrachtet:
externe Ursachen von Zuwanderung
interne z. B.: Offenheit der Gesellschaft
externe z. B.: Entfernung der Arten‐Quellen, Transportagenzien wie fließendes Wasser Fehlen von Barrieren
Beispiel für Erklärung durch solche Bedingungen der Zuwanderung:
Artenarmut Mitteleuropas verglichen mit N‐Amerika
Europäische Gebirge im wesentlichen
O‐W‐Richtung Barriere
N‐Amerikanische Gebirge: N‐S‐Richtung
Zwei für Erklärung von Diversität durch Zuwanderungsbedingungen wichtige Theorien:
‐ patch‐dynamics‐theory
‐ Inseltheorie
Patch‐dynamics‐Theorien i.a. befassen sich mit dem Phänomen, daßselbst dann, wenn regional gesehen die Vegetation sich nicht ändert, lokal eine hohe Dynamik von Entstehen und Vergehen von „Flecken“ herrschen kann
Ein Spezialfall von „patch dynamics“ ist „gap dynamics“, die Vegetationsdynamik in Wäldern, bedingt dadurch, daß bedingt durch Überalterung und Störung ständig Lücken im Bestand entstehen und in eben diesen Lücken die Verjüngung stattfindet
Ein Spezialfall von Patch‐dynamics‐Theorie i.w.S. ist die Mosaikzyklustheorie
i.e.S. versteht man unter patch dynamics theory …. Jax
patch‐dynamics‐theory
Prinzip:
‐ Fläche wird als Mosaik betrachtet
‐ Jeder Mosaikstein (Zelle, patch) wird als in sich homogen betrachtet
Jeder Mosaikstein ist offenes System
D. h. Zuwanderung wird als Ursache der Zahl der Arten in dem System betrachtet
Geschlossenes System: Aussterben endgültig
Offenes System:
Aussterben kann durch Zuwanderung verhindert und auch rückgängig gemacht werden
(vgl: Metapopulationstheorie)
patch‐dynamics‐Theorie zeigt:
Endgültiges Aussterben in einem Mosaikstein (ebenso wie Erreichen von Gleichgewicht) bei hoher Konnektivität der Mosaiksteineerst nach astronomisch langen Zeiten
obwohl Aussterben und Gleichgewicht theoretisch möglich: in der Realität nie
System hat sich längst durch andere Ursachen verändert, bevor theoretische Prognose eintritt
patch‐dynamics‐Theorie praktisch Ungleichgewichtstheorie
Was zeigt patch‐dynamics‐Theorie hinsichtlich Diversität?
Patch‐dynamics‐Theorie zeigt:
Diversität kann unter Umständen weit über Wert steigen, der durch Standort‐Heterogenität ermöglicht
Ohne Berücksichtigung von Offenheit der Mosaiksteine für Zuwanderung:
Auf jedem Standort kommt idealtypisch nur die geeignete Art vor
nur so viele Arten wie Standort‐Typen
Patch dynamics:
In einem (homogenen) Mosaikstein mehrere Arten, solange Sukzession(durch Zuwanderung) anhält
Wegen differenzierter Zuwanderung auf Mosaiksteinen mit gleichen Standortverhältnissen verschiedene Arten hohe Artenzahl im gesamtenMosaik
Wenig Aussterben: wenn Umwelt in einem Mosaikstein ungünstig wird, findet Art geeignete Umweltbedingungen woanders, doch in der Nähe
Zwei Fälle unterscheiden
Gründerkontrolle
Dominanzkontrolle
Gründerkontrolle
Arten haben gleiche Besiedlungsfähigkeit und Konkurrenzkraft
Dominanzkontrolle
Arten haben ungleiche Besiedlungsfähigkeit und Konkurrenzkraft
Gründerkontrolle
Arten haben gleiche Besiedlungsfähigkeit und Konkurrenzkraft
Gleiche Besiedlungsfähigkeit
zufällig, wer Erstbesiedler = Glücksspiel
Lotteriemodelle
Gleiche Konkurrenzkraft
wenn Ansiedlung gelungen („Gründung“): keine Verdrängung durchKonkurrenz mehr möglich
keine Sukzession im Mosaikstein (Störungsfläche)
Beispiel Gründerkontrolle
Waldbäume: sehr oft ähnliche Konkurrenzkraft und Ausbreitungsfähigkeit
Eiche und Linde auf mittleren Standorten:
Eiche mag Linde etwas überlegen sein, wenn sie nebeneinander aufwachsen
Aber:
„Gründung“ zufällig durch Linde:
Etwas ältere Linde nicht mehr durch Eiche zu verdrängen
Eiche hat erst wieder Chance, wenn Linde gestorben
Dominanzkontrolle
Arten haben ungleiche Besiedlungsfähigkeit und Konkurrenzkraft
Ungleiche Besiedlungsfähigkeit
Bestimmte Arten kommen wahrscheinlich zuerst an,andere wahrscheinlich später
Ungleiche Konkurrenzkraft
Sukzession, am Ende haben sich die stärksten durchgesetzt
Erstankömmlinge (r‐Strategen) sind in der Regel konkurrenzschwächer als spätere Ankömmlinge (K‐Strategen)
Beispiel Dominanzkontrolle
Gartenbeet
Erstansiedlung Vogelmiere (einjährige Art, r‐Stratege)
wird verdrängt durch Brennessel
Brennessel wird verdrängt durch Holunder
Holunder wird verdrängt durch Spitzahorn
Unterschied bezüglich Vorhersagbarkeit
Dominanzkontrolle: Entwicklung vorhersagbar
Anfangs vorhersagbar Arten mit bester Ausbreitungsfähigkeit
Dann der Reihe nach vorhersagbar die jeweils konkurrenzstärkeren(Vogelmiere Bernnessel Holunder Spitzahorn)
Gründerkontrolle: Entwicklung nicht vorhersagbar
Alle Arten können sich als erste ansiedeln
Zufall bestimmt, welche Art zuerst da, diese macht erst mit ihrem Tod Platz – für nächste Zufallsbesiedlung(„Lotterie“)
Bei Gründerkontrolle:
theoretisch auf Gesamtmosaik‐Ebene höhere Diversität möglich
Wenn vieleMosaiksteine:
Alle Kombinationen auf Gesamtmosaik‐Ebene möglich(einzelner Mosaikstein: artenarm)
Bei Dominanzkontrolle:
Nur bestimmte Kombinationen auf Mosaikstein‐Ebene möglich
‐ Kombination Brennessel‐Vogelmiere nicht möglich
‐Möglich: Kombination Brennessel‐Zaunwinde
Auf Gesamtmosaik‐Ebene: theoretisch am Ende nur eine Art: die stärkste
Inseltheorie
Erklärt Artenzahl auf Insel in Abhängigkeit von
‐ Fächengröße
‐ Zuwanderungsbedingungen, d. h. im wesentlichen Entfernung zum „Kontinent“
Entstehung ca. 1970 „Biogeographie der Inseln“ (MacArthur & Wilson)
Behauptungen:
‐ Artenzahl auf Insel wird bestimmt durch Einwanderung und Aussterben(Auswanderung)
‐ Insel bestimmter Größe und bestimmter Entfernung zum Kontinenthat bestimmte Artenzahl im Gleichgewicht
Inseltheorie sagt (dynamisches) Gleichgewicht hinsichtlich Artenzahl voraus,
nicht aber hinsichtlich Artenkombination<Folie Schema>
Allerdings: Artenwechsel nicht einfach zufällig:
‐ Bestimmte Arten haben auf Inseln höheres Extinktionsrisiko:Arten mit hohem Flächenbedarf
‐ Bestimmte Arten erreichen Inseln schwer: immobile
Inseln haben anderes Artenspektrum als Festland
Andere Ursache für anderes Artenspektrum
Sehr isolierte Inseln:
evolutionäre Neubildung wird wichtiger als Besiedlungsvorgänge
Neo‐Endemiten
(Beispiel Hawaii)
Voraussetzungen der Inseltheorie hier nicht gegeben
Normalerweise Evolution (Artbildung) gegenüber Zuwanderung für Diversität irrelevant
(wenn nicht sehr große Gebiete betrachtet)
d. h. Ursache für Diversität kaum jemals: Arten sind hier entstanden
Überprüfung der Inseltheorie
a) Inseln sollten um so artenärmer sein, je kleiner sie sind
b) Inseln sollten um so artenärmer sein, je entlegener sie sind
c) Artenzahlen sollten bei wechselnder Artenzusammensetzung konstantbleiben
Wenn das zutrifft:
kaum ein Beweis für Inseltheorie, Ergebnis wohl auch anders erklärbar
Wenn es nicht zutrifft:
streng genommen keine Widerlegung der Inseltheorie:
Immer durch ad‐hoc‐Hypothesen zu retten
Beispiel
kleine Insel artenreich:
vielleicht außergewöhnlich große Habitatdiversität
oder
zufällig besonders hoher Strom von Zuwanderern
Prüfung nur möglich durchDiskussion einer großen Zahl von Ergebnissen
Entscheidung aufgrund von Übergewicht von Argumenten für eine Seite
Empirische Prüfungen und Argumente
Zu (a) Inseln sollten um so artenärmer sein, je kleiner sie sind
Manchmal Inselgröße ohne Beziehung zu Artenzahl (auf Insel und pro Fläche)
Meist aber:Artenzahl steigt mit Inselgröße
< folie Abb. 12.11 oben aus Begon>
Zu (b) Inseln sollten um so artenärmer sein, je entlegener sie sind
<folie Abb. 3.20 aus May 1980>
Aber: Abgelegenheit bedeutet für verschiedene Organismen verschiedenes
Beispiel: <folie Abb. 12.11 unten aus Begon>
Azoren für Landvögel viel abgelegener als Kanalinseln,für Farne nicht
Prüfungen auch mit Habitatinseln meist erfolgreich
Andere Quasi‐Inseln: Seltene Arten, taxonomisch isolierte Arten (Ginkgo)
Keine Habitat‐ oderRessourcen‐Arten in der Nähe
Zu (c) Artenzahlen sollten bei wechselnder Artenzusammensetzung konstant bleiben
Ausrottung der Wirbellosen‐Arten auf kleinen Mangroveninseln vor Florida<Folie Tab. 8‐3 aus May 1980>
Nach 200 Tagen alte Artenzahl annähernd wieder erreicht(140 gegenüber 160)
Aber stark abweichende Artenzusammensetzung(Gesamtartenzahl: 231)
Fazit
Erklärungsversuche hoher Diversität
konkurrenzbedingte Nischendifferenzierungmeist als wichtige Ursache angesehen, aber Relevanz umstritten
räumliche Heterogenitätgilt als eine Hauptursache
lange, ungestörte Entwicklung (zeitliche Homogenität)wirkt im allgemeinen eher diversitätssenkend
günstige Umweltwirkt je nach Umständen diversitätssenkend oder ‐erhöhend
ZuwanderungGegenüber Evolution auf der Fläche im allgemeinen weit
wichtigere Quelle der Diversität, erklärt sehr hohe Artenzahlen
Gesellschaften
1) Allgemeines, Definitionen
2) Muster und Strukturen
3) Funktionsweise4) Zeitliche Veränderungen
5) Verteilung der Gesellschaften im Raum
Überblick – Grundbegriffe
Prozesse werden zeitliche Veränderungen von Eigenschaften der Gesellschaft genannt
(ihre Gesamtheit: Dynamik)
Prozesse werden zeitliche Veränderungen von Eigenschaften der Gesellschaft genannt (ihre Gesamtheit: Dynamik).
Die Prozesse üben Funktionen aus
Mit Funktionsweise ist die Art gemeint, wie die Prozesse dann ablaufen, wenn die Gesellschaft im ganzen sich dabei nicht verändert ( Funktion ist Stabilität)
Oft werden die Prozesse selbst, und zwar dann, wenn sie unter dem Gesichtspunkt betrachtet werden, daß sie zu etwas dienen, als Funktionen bezeichnet. Beispielsweise wird unter Funktionen der Stickstoffkreislauf in einem Ökosystem genannt. Das ist nicht korrekt. Der Stickstoffkreislauf hat eine Funktion für etwas oder etwas hat eine Funktion für diesen Kreislauf
Überblick
Funktionsweise ‐ worum geht es formal?
1) wie laufen die jeweiligen Prozesse ab?
2) was ist ihre Funktion?
3) Wie kommt es, daß dieses Geschehen aufrechterhalten wird(Regulation, Stabilität)?
Auch regelmäßig wiederkehrende zeitliche Veränderungen der Artenzusammensetzung („Sukzessionen“) werden hier behandelt:
Sie gehören zur Funktionsweise der Gesellschaft, denn (funktional:) mittels ihrer stellt die Gesellschaft ihren Zustand (nach Störung wieder) her
(kausal: sie führen immer wieder zum selben Zustand)
Überblick
Funktionsweise ‐ worum geht es inhaltlich?
‐ Stoff‐ und Energieströme
‐ Veränderungen der Artenzusammensetzung
‐ Veränderungen von Raumstrukturen
sofern all dies im Rahmen des Gleichbleibens der Gesellschaft vor sich geht.
Überblick Kapitel Funktionsweise
(Nicht nach Prozesse‐Funktionen‐Regulation gliedern:zu viele Wiederholungen)
3.1. Funktionsbegriff
3.2 Nahrungsketten
3.3 Energiefluß
3.4 Stoffflüsse
3.5 Stabilität
3.5.1 Stabilitätsbegriff
3.5.2 Diversität‐Stabilität
Funktionsbegriff
Bedeutungen:
Beschreibe die Funktion der Leber = beschreibe die in der Leber ablaufenden Prozesse
Die Funktion des Ökosystem ist gestörtEs kann gemeint sein:die Prozesse im Ökosystem laufen nicht mehr wie vorher
Welche Funktion hat Verinselung im Hinblick auf Diversität?= Was bewirkt Verinselung im Hinblick auf Diversität?
Welche Funktion hat Verinselung für die Diversität?= Wie dient die Verinselung der Diversität?
Funktion für(= dazu dienen)
1) Verinselung hat Funktion für Steigerung der Diversität
2) Funktion des Herzens ist es, Kreislauf in Gang zu halten
(1) = dispositionale Funktion
Verinselung gibt es nicht wegen der Steigerung der Diversität, sie ist nicht entstanden, um diese Funktion zu erfüllen
(2) = ätiologische Funktion
Herz gibt es wegen der Funktion, den Kreislauf in Gang zu halten,es ist entstanden, um diese Funktion zu erfüllen
Ursache und Funktion
causa efficiens: Wirkursache ‐ „kausal“
causa finalis: teleologische Ursache ‐ „final“
kausal: Ursache als vor der Wirkung liegend gedacht
final: Ursache als nach der Wirkung liegend gedacht
d. h.:vor der Wirkung liegt Vorstellung, Begriff, Idee derkünftigen Wirkung als Ursache derselben
Handeln aus Absichten
Naturwissenschaften:teleologische Erklärungen (als objektive) nicht erlaubt
In der Natur gibt es kein Handeln aus Absichten
Objektiv: so ist esSubjektiv: ich betrachte es als ...
Naturwissenschaften: Ersetzen finaler Erklärungen durch kausale
Final: Vögel fliegen nach Afrika, um dort günstigere Umweltbedingungen zu finden
Kausal: Vögel fliegen nach Afrika, weil sie ein Umweltsignal, eine Umstellung ihres Hormonhaushalts (...) dazu „antreibt“
Evolutionstheorie erlaubt „Funktion (für)“ heuristisch und als abgekürzte Redeweise zu benutzen:
Anstellen einer langen Geschichte von kausalen Ursache‐Wirkungs‐Beziehungen
Prüfmethode:
Ist das, wozu etwas da ist (= die Funktion), die evolutionäre Ursache dafür, daß es überhaupt existiert?
Wenn ja: ätiologische Funktion
Wenn nicht: dispositionale Funktion, auf Funktionsbegriff kann verzichtet werden (mißverständlich)
Überblick Kapitel Funktionsweise
(Nicht nach Prozesse‐Funktionen‐Regulation gliedern:zu viele Wiederholungen)
3.1. Funktionsbegriff
3.3 Energiefluß3.2 Nahrungsketten
3.4 Stoffflüsse
3.5 Stabilität
3.5.1 Stabilitätsbegriff
3.5.2 Diversität‐Stabilität
Energieflüsse
Grundvorgang in physikalisch‐thermodynamischer Sicht:
In geschlossenem System nimmt Entropie ständig zu
D. h. Verteilung von Energie und Materie vom unwahrscheinlichen (geordneten) zum wahrscheinlichen (ungeordneten) Zustand
Endzustand: Völlige Gleichverteilung, Maximum an Entropie, Minimum an verfügbarer Energie (zum Leisten von Arbeit) kein Gefälle mehr
Weil verfügbare Energie im Minimum, kann keine Ordnung mehr aufgebaut werden („Wärmetod“ des Systems)
Verfügbare Energie geht gegen Null:
bei jeder Energieumwandlung Energie in Wärme umgewandelt verloren
Diese Beschaffenheit des Energieflusses: 2. Hauptsatz der Thermodynamik
Aber:In Entwicklung des Lebens wird Ordnung aufgebaut
Möglich, weil System energetisch nicht geschlossen: Energiezufuhr von Sonne
Photosynthese: Sonnenenergie chemisch gebundene Energie
Atmung: Entropie wird aus System „hinausgepumpt“ (Schrödinger), dabei Ordnung aufgebaut
Nahrungskette: gebundene Energie wird weitergereicht, bei jedem Schritt Wärmeverluste
Aufbau von Ordnung nur auf Kosten vorhandener Energiequellen möglich
Im ganzen nimmt nach diesem Modell Energie der Energiequellen ab
und Entropie zu
Daß schließlich „Wärmetod der Welt“ (Ordnungsaufbau durch Leben nur vorübergehend eingeschaltet):
Naturwissenschaftlich unbeantwortende Frage (=Metaphysik)
(Aussagen, die auf das Ganze der Welt gerichtet, nicht empirisch prüfbar)
Folgen für Ökosysteme
Durchflußgeschwindigkeit der der Energie wichtig
Wenn Sonnenenergie nicht auf Lebendes trifft:
Rasche Umwandlung in nicht mehr nutzbare Wärme
In Organismen wird nutzbare Energie „gestaut“ (in höherwertiger Form eine zeitlang aufbewahrt)
Energiestau in Ökosystemen vor allem auf zwei Weisen:
‐ Verzweigung des Energiestroms durch viele parallele Nahrungsketten
‐ Umsetzgeschwindigkeit hängt von Lebensdauer ab, auch vonSpeichermöglichkeiten, beides von Größe der Organismen
Überblick Kapitel Funktionsweise
(Nicht nach Prozesse‐Funktionen‐Regulation gliedern:zu viele Wiederholungen)
3.1. Funktionsbegriff
3.3 Energiefluß
3.2 Nahrungsketten3.4 Stoffflüsse
3.5 Stabilität
3.5.1 Stabilitätsbegriff
3.5.2 Diversität‐Stabilität
Stoffe und Energie werden weitergegeben in Nahrungsketten
Typen von Nahrungsketten:
Weidekette, Parasitenkette, Derituskette
Weidekette: Pflanze Herbivore (Primärkonsument) Karnivore (Sekundärkonsument)
Parasitenkette: beliebiger Organismus Parasit Parasit
Detrituskette: beliebiger toter Organismus Detritivore / Fresser von Detritivoren
Weidekette:
‐ Körpergröße nimmt zu
‐ Reproduktionsrate nimmt ab (r‐Strategen K‐Strategen)
‐ Individuenzahl nimmt ab
‐ Spezialisierung nimmt (eher) ab
Parasitenkette:
‐ Körpergröße nimmt ab
‐ Reproduktionsrate nimmt zu
‐ Individuenzahl nimmt zu
‐ Spezialisierung nimmt zu
Auf jeder Stufe geht Energie verloren
Regel: 10 : 1
Real zwischen 1 % und 30 % Verlust
10 : 1 gilt eher für aquatische Ökosysteme, in terrestrischen Verluste viel größer
Zehn‐zu‐Eins‐Regel:
für Sekundärkonsumenten (3. Glied) bleiben nur etwa 1 % der in den Pflanzen gespeicherten Energie
Folge: NahrungspyramideFolie
Ketten erstaunlich kurz: 3 – 5 Glieder
(gilt nur für Weidekette: Spitzenprädatoren haben Parasiten)
Unabhängig von Produktivität der Ausgangsstufe:
In produktiven Ökosystemen: nicht Ketten länger, sondern mehr Ketten
Warum so kurz (warum keine Löwenfresser)?
1. Hypothese: Spitzen‐Prädatoren brauchen sehr großen Raum(wegen 10:1 – Regel)
Folie
Gilt nur, wenn Spitzenprädator beschränkt auf Arten der Ebene darunter
(Braunbären: Kleine Territorien)
Maulwurf:In Destruentenkette
Rebhuhn: spezialisiertAuf Samen: größereFläche als Wiesel
2. Stabilitäts‐Hypothese:
In langen Ketten mehr Unsicherheitsfaktoren
‐ Risiko für Aussterben der Spitzen‐Prädatoren steigt (kleine Populationen)
‐ Längere Zeit für Rückkehr zum alten Zustand nachZerstörung der Kette (mehr Reparaturen nötig)
3. Konstruktionsbeschränkungs‐Hypothese:
In Weidekette: Zunahme der Körpergröße andere Anforderungen (Geschwindigkeit) nicht mehr erfüllbar
Aber: Rudeljäger
(Lineare) Ketten selten
‐ Nur bei Monophagen
‐ Konsumenten fressen oft auf mehreren Stufen (Omnivore; oft verschiedene Entwicklungsstadien auf verschiedenen Stufen)
Nahrungsnetze
Nach beiden Richtungen verzweigt:
‐ Ein Konsument hat mehrere Nahrungsarten‐ Eine Nahrungsart hat mehrere Konsumenten
Abb.
Abb. stark vereinfacht: maximal 4 – 6 Pfeile von einer Beuteart
Real:
‐ Uhu frißt 83 Wirbeltierarten (Müller S. 300)
‐ an Quercus fressen > 1000 Arten
Unterscheiden: potentiell und in konkreter Situation
Nahrungsnetz heißt: Trophiestufen verlieren an Deutlichkeit
Die meisten Arten gehören mehreren zugleich an
„Trophiestufe“ wird zum bloß analytischen Mittel, d. h.
Nicht: „diese Art ist ein Konsument 1. Ordnung“
sondern
„wenn man sie unter Abstraktion von ... betrachtet, dann erscheint sie als Konsument erster Ordnung“
Allerdings: Vielzahl möglicher Verbindungen meist kaum genutzt(schwache Beziehungen, Suchbilder)
Folie!!
In Wirklichkeit (konkrete Situation) doch eher Kette als Netz
Potentielles Netz relevant für Stabilität:
Wenn eine Nahrungsquelle wegfällt, Ausweichen auf andere möglich („Redundanz“)
Funktionale Erklärung:
Redundante Verbindungen haben sich entwickelt, um Stabilität zu erhalten
Systeme ohne solche Redundanz in Evolution zu oft zusammengebrochen verschwunden (unwahrscheinlich)
Nicht‐funktionale Erklärung:
Redundante Verbindungen sind zufällig entstanden
(z. B. zufällige Einwanderung weiterer Beutearten)
Stabilität ist Nebeneffekt, nicht wegen Selektionsvorteil für das ganze System entstanden
Abbau toter Lebewesen
Detritivore im weiteren Sinne:
konsumieren bereits tote organische Substanz
Detritivore im engeren Sinne:
tierische Konsumenten toten organischen Materials
Destruenten im weiteren Sinne:
bauen bereits tote organische Substanz weiter ab
Destruenten im engeren Sinne:
Bakterien und Pilze, die totes organisches Material weiter abbauen
Kein Typ interspezifischer Beziehungen:keine Beziehung zwischen Organismen, da diese bereits nicht mehr leben, wenn sie konsumiert werden
Populationsdynamische Besonderheit der Detritivoren (i. w. S.):
Tote Lebewesen können keine Nachkommenmehr haben
Detritivore beeinflussen durch Konsumtion nicht Reproduktionsrate ihrer Ressource
Allerdings: indirekt durch Herstellen neuer Nährstoffe
In dieser Hinsicht den Primärproduzenten ähnlich
Unterscheiden:
‐Detritivore / Destruenten als Aktivitätstyp/„Beziehungstyp“:
Beziehung zwischen totem Organismus und seinemKonsumenten
‐ Destruentenkette
Ökosystem‐Kompartiment mit Organismen, die zuvielen Beziehungstypen gehören
Destruentenkette:
Konkurrenz, Räuber‐Beute‐Beziehung, Parasitismus, Mutualismus
Konkurrenz zwischen Detritivoren selbst
Räuber‐Beute‐Beziehung:
alle Detritivoren sind Beute, oft von anderen Detritivoren,die meisten konsumieren lebende Detritivoren mit
In Detritivorenketten sind viele Arten ganz oder teilweise eingebunden, die nicht Detritivoren sind
z. B. Vögel, die von detritusfressenden Asseln leben
Weil Populationsdynamik der Ressourcen nicht (direkt) von Detritivorenbeeinflußt:
relativ hohe Stabilität (Konstanz) der Detritivoren‐Populationen
(sofern Nachlieferung der Ressourcen konstant)
Vgl: Pflanzen‐Populationen meist stabiler als Tier‐Populationen
Nicht Fressen toten organischen Materials ist das Besondere der Detritivorie(machen Räuber auch)
Sondern: Detritivore töten nicht, darum:
Detritivore beeinflussen Vermehrungsrate der Detritus‐liefernden Organismen nicht
Destruentenkette
Grundvorgang:
Pflanzen bauen anorganische Stoffe („Nährstoffe“) in lebendes Material ein
Energie wird gebunden, Nährstoffe werden immobilisiert
Pflanzen bauen Teil ihrer organischen Substanzen selbst ab = Atmung
Rest geht an tierische und mikrobielle Konsumenten lebenden und toten Materials
Auch tote Tiere und Mikroben noch energiehaltig
weiterer Abbau zu CO2, Wasser, mineralischen Nährstoffen
Erneut von Pflanzen aufgenommen
Zersetzung hat zwei Stufen:
1) Erstzersetzung 2) Prozeß nach Erstzersetzung
Zu (1) Erstzersetzung
Nach Tod partielle Selbstauflösung:
‐ kein aktives Zusammenhalten der Teile mehr‐ Zersetzung durch Enzyme
In Organismus bereits Zersetzer anwesend,vor allem Bakterien und Pilze
Sonderfall:
nekrophage Parasiten: töten Wirt und konsumieren Detritus
Normale Parasiten: kein „Interesse“ an TodParasitoide: konsumieren lebenden Organismus und töten dabei)
Erstzersetzer konsumieren gelöste organische Substanzen
Für Verdauung fester organischer Substanz fehlen Enzyme
Nach Tod: explosionsartige Vermehrung der Erstzersetzer, dann
Zusammenbruch ihrer Populationen
= Ausnahme von Regel „stabile Populationen“
Zu (2) Prozeß nach Erstzersetzung:
langsame Folge von Zersetzungsstadien durch verschiedene Spezialisten
Am schwersten abbaubare Substanzen: Lignin Suberin Cutinam Ende durch Pilze abgebaut
Am Ende der Abbaukette nur noch wenige Arten(Spezialisten für resistente Stoffe)
An Abbauprozeß zwei Typen von Organismen beteiligt:
Mikrobivore:fressen lebende Organismen in der Abbaukette
Detritivore im engeren Sinne:fressen totes organisches Material(immer nebenbei Mikroben und kleine Tiere)
Wirkungsweise der tierischen Detritivoren:folie Begon S 410folie Abb. 148
Frische Pflanzenabfälle: Zellwand schützt vor Mikroben‐Angriff
Zerkleinerung Oberfläche wird größer
Ansatzstellen für Mikroorganismen
Exkremente der detritivoren Tiere:
durch eigene Darm‐Mikroorganismen abgebaut, aber für andere Mikroorganismen und Tiere noch verwertbar
erneut unvollständig verdaut
nach mehreren Darmpassagen vollständiger Abbau zuCO2, Wasser und anorganischen Nährstoffen
Funktionale Erklärung für Kombination Tier‐Mikroorganismus:
Tiere sind unfähig,Lignin und Zellulose(Hauptbestandteile des Detritus)zu verdauen
Mikroorganismen sind unfähig,zu zerkleinern
Manchmal sind Tiere und Mikroben in Endosymbiose (Mikroorganismen im Darm) verbunden,manchmal „hintereinandergeschaltet“
Warum sehr selten Cellulase‐Enzym Fressern von pflanzlichem Detritus (und bei Pflanzenfressern)?
Möglich:
Energiegewinnung durch Zellulose‐Zersetzung für die meisten Pflanzenfresser nicht nötig,
da für sie Energie nicht im Minimum
Für Pflanzenfresser im Minimum:
spezielle Nährstoffe (z. B. Phosphor)
Diese in Zellinhalt, nicht in Zellwand
Überblick Kapitel Funktionsweise
3.1. Funktionsbegriff
3.3 Energiefluß
3.2 Nahrungsketten
3.4 Stoffflüsse, ‐kreisläufe3.5 Stabilität
3.5.1 Stabilitätsbegriff
3.5.2 Diversität‐Stabilität
Warum ermöglicht die gleiche Phytomasse so unterschiedlich große Biomasse von Sekundär‐und Tertiärproduzenten?
Warum wird überhaupt so unterschiedlich viel produziert?
Umweltgunst und Produktion <WS 2008/09 schon in Prod‐Ökologiegemacht!!!!>
Räumliche Verteilung der Produktion auf Erdoberfläche höchst ungleich. Abhängig von „Umweltgunst“
Scheint trivial: es gibt fruchtbare und unfruchtbare Gebiete, günstiges und ungünstiges Klima
Dennoch problematisch:
1. Von der „Fruchtbarkeit“ kann man ganz anderen Eindruck bekommen je nach dem,
ob man Produktion pro Zeiteinheit oder zu bestimmter Zeit vorhandene Biomasse betrachtet
vorhandene Biomasse groß:
muß nicht bedeuten, daß Produktion hoch
und umgekehrt
(Beispiel Meer – Land)
2. Umweltbedingungen, welche über Höhe der Primärproduktion entscheiden, vor allem unter „Klima“ und „Boden“ zusammengefaßt
„Fruchtbarkeit“ eines Gebietes beurteilt man in der Regel nach diesen beiden Komplexfaktoren
Aber: zu stark vereinfacht
Häufig spielen biotische Faktoren, insbesondere weidende Tiere, erhebliche Rolle
Lassen Potential, der jeweiligen Klima‐ und Bodenverhältnisse oft nicht zur Entfaltung kommen
Wirkt sich vor allem auf jeweils vorhandene Biomasse aus:
Großteil der Steppen‐ und Savannengebiete der Erde wäre ohne intensive Beweidung waldbedeckt
Biomasse wäre weit höher
Zwei Fälle unterscheiden:
(1) Produktion pro Zeiteinheit kann trotz geringer Biomasse hoch sein, lediglich Zuwachs wird abgeschöpft
(2) Auch Produktion pro Zeiteinheit wird durch Tiere erniedrigt
1) betrifft Nettoproduktion, (definitionsgemäß Fraß abgezogen)
Bei (2) bereits Bruttoproduktion ist betroffen
Jeweilige Höhe der Bruttoproduktion davon abhängig, wie viel assimilationsfähige Phytomasse bereits vorhanden
Damit davon abhängig, wie viel von Tieren übriggelassen (oder z. B. durch Tritt zerstört)
Dabei kommt es nicht nur auf Menge der zerstörten Phytomasse an, sondern auch auf Art der betroffenen Gewebe
3. Gunst des Bodens: nicht allein der Gehalt an Nährstoffen von Bedeutung
Sondern auch Geschwindigkeit, mit der organischen Stoffe abgebaut
Nährstoffe erneut verfügbar
Böden tropischer Regenwälder meist extrem nährstoffarm („unfruchtbar“)
Wegen überaus schneller Zersetzung stehen aber Nährstoffe rasch erneut zur Verfügung Produktion sehr hoch
In humosen Böden (nördliche Wälder, Moore) große Nährstoffmengen gespeichert: organische Stoffe langsam oder gar nicht abgebaut
pro Zeiteinheit nur geringer Teil für Vegetation verfügbar
4. Verschiedene Arten unter gleichen abiotischen Bedingungen sehr unterschiedlich produktiv
Darum:in Beständen aus einer einzigen Art Unterschiede der Produktivität/Biomasse
oft viel mehr durch Fähigkeiten der jeweiligen Arten bedingt
als durch die Verschiedenheit der abiotischen Verhältnisse
Wird besonders deutlich, wo Pflanzen fremder Herkunft Standorte besiedeln, an denen von den einheimischen Arten keine einzige wachsen konnte
Manche Kohlehalden im Ruhrgebiet z. B. jahrzehntelang fast vegetationsfrei,bis sich Inula graveolens (aus Mittelmeergebiet) auf ihnen ansiedelte
Dagegen:
Wenn viele Arten an Beständen beteiligt
unterschiedlichen Leistungsfähigkeiten der einzelnen nebeneinander wachsenden Arten gleichen sich aus
Darum:
Bestände aus einer einzigen Art: Produktion kaum von abiotischen Standortverhältnissen aus vorhersagbar
Artenreiche Vegetation: Produktion recht gut von den abiotischen Standortverhältnisse aus vorhersagbar
Auch bei Mischbeständen allerdings streng genommen nur dann solche Prognosen möglich, wenn tendenziell alle standörtlich möglichen Arten Gelegenheit zur Ansiedlung bekommen.
Global ist diese Voraussetzung nicht gegeben.
Exkurs:
Steigerung der Primärproduktion durch die Landwirtschaft
Im allgemeinen gilt, daß Bruttoproduktion pro Fläche auf landwirtschaftlich genutzten Flächen nicht diejenige natürlicher Ökosysteme unter günstigen Bedingungen übertrifft
(nach E. P. Odum)
Produktionsökologische Wirkungsweise der landwirtschaftlichen Tätigkeit
1. Es werden allgemein günstige Bedingungen hergestellt
vor allem dadurch, daß bestimmte an jeweiligen Standorten limitierende Faktoren ausgeschaltet werden (Wassermangel durch Bewässerung, Nährstoffmangel durch Düngung)
2. Es wird Energie zugeführt, mit der solche Funktionen erfüllt werden, für die sonst das Ökosystem selbst die Energie aufbringen müßte
weniger veratmet, denn durch Atmung wird im ökologischen System die gespeicherte Energie für Leistungen verfügbar.
bei gleicher Bruttoproduktion bleibt ein größerer Betrag übrig, der für Heterotrophe nutzbar, und bei gleicher Nettoprimärproduktion eine größere als Ernte nutzbare Nettoproduktion
Beispiel:
Bestimmter Prozentsatz der Nettoprimärproduktion durch Insekten gefressen ‐Pflanze müßte Energie für Produktion von Abwehrmechanismen aufwenden, um größere Ernte zu ermöglichen
Diese Energie kann ersetzt werden durch Energie, die zur Produktion und zum Einsatz von Insektiziden nötig
Beispiel:
Trockene Verhältnisse: Pflanzen wenden gewissen Prozentsatz der Assimilate auf, um tiefreichende Wurzeln auszubilden Kann durch Energieaufwand für Bewässerung ersetzt werden
Pflanzen aber genetisch auf alte energetische Bedingungen eingestellt: Produzieren Insektenabwehrmittel weiterhin, bilden weiterhin tiefreichende Wurzeln
diese nun überflüssigen Eigenschaften müssen „weggezüchtet“ werden
Das ist unter energetisch‐produktionsökologischen Gesichtspunkten der Sinn der Züchtung
Argumentation hat Schwächen
energetische Betrachtungsweise überzogen
Insektenfraß kann auch auf „informatorischer“ Ebene bekämpft werden, ohne nennenswerten EnergieaufwandBeispiel: Verwendung von Sexuallockstoffen zur Schädlingsbekämpfung
Generell hängt Ausmaß der Verluste durch Insektenfraß weniger von Stärke (in stofflich‐energetischer Hinsicht) verschiedener Umweltfaktoren ab als von ihren raumzeitlichen Mustern
z. B. von bestimmten Temperaturen zu bestimmten Zeitpunkten, von Habitaten in bestimmter Entfernung
Darum energetischen Bilanzierungen kaum als Basis einer umfassenden Erklärung brauchbar,was produktionsökologisch gesehen das Wesen der landwirtschaftlichen Tätigkeit ausmacht
Dennoch zeigt auf energetische Ebene konzentrierte Darstellung wichtige Aspekte
Insbesondere, daß die Energie, die heute in Nahrungsmitteln enthalten, größtenteils nicht aus aktuellen Photosyntheseleitungen der Pflanzen, sondern aus vergangenen
In USA etwa drei mal so viel Nahrung pro Hektar wie in Asien und Afrika, aber zehn mal so viel an fossiler Energie eingesetzt. Etwa 2/3 der Nahrung energetisch aus Erdöl (nach Odum)
Stoffflüsse ‐ Überblick
Energie: unidirektionaler Fluß – Stoffe: Kreislauf
Quellen/Reservoire
Arten von Stoffkreisläufen
Geschlossenheit der Kreisläufe
Vergleich terrestrische ‐ aquatische Ökosysteme (Binnengewässer – Meere)
Begrenzung der Biomasse??? <schon eben>
methodisches Problem: was gehört zur Biomasse?
Stoffe: Kreisläufe möglich
Energie: unidirektionaler Fluß
Sonne Pflanzen Tiere mineralische Stoffe erneut Pflanzen
aber Pflanzen nutzen nicht mehr in diesen Stoffen enthaltene Energie
Energie: praktisch unerschöpflich (trotz unidirektionalem Fluß nur lokal knapp)
Stoffe: wenn Kreislauf geschlossen: prinzipiell unerschöpflich
Mache praktisch unerschöpflich,
manche trotz Kreislauf knapp: liegt zum Teil an Bindung in Biomasse
Wenn keine Destruenten Erschöpfung der Stoffquellen Leben nur noch in sehr geringem Umfang möglich
Quellen der Zufuhr von Stoffen:
1) Lithosphäre
‐ Quelle für Ca, Fe, Mg, P, Ka u.a.
Mechanisch: vor allem Frost Auflösung in Wasser
Chemisch: Verwitterung unter Säureeinfluß
2) Atmosphäre
‐ Fast aller Kohlenstoff (stammt aus CO2)
‐ Der meiste Stickstoff
3) Hydrosphäre
<<WS 08/09 bereits unter „chem Faktoren gemacht!!!>>
Stoffe in Gesteinen, Luft, Wasser zum größten Teil zum wiederholten mal genutzt
Kalk überwiegend sedimentierte Produkte von Organismen
Elemente, die in Stoffwechselprozesse eingehen:
zyklische Bewegung
zwischen Organismen und abiotischen Reservoiren
Dabei oft zugleich ebenfalls zyklische Bewegung zwischen verschiedenen Gebieten
= Biogeochemische Kreisläufe
Stickstoffkreislauf
Die vier in sehr großen Mengen benötigten Elemente O, H, C und N:
Reservoire in Atmosphäre und Hydrosphäre
Die anderen überwiegend in obersten Erdschichten (Lithosphäre)
Lithosphärischen Reservoire i. a. nahezu unbeweglich und auf bestimmte Gebiete begrenzt
Inhalt ungleichmäßig verteilt
(anders als bei atmosphärischen und weitgehend hydrosphärischen)
Prägen darum oft Muster der Organismenverteilung im Raum
Elemente, die ihre Reservoire in der Lithosphäre haben: Mineralstoffe
Reservoire der Hauptelemente größtenteils biogen
D. h.:
Entweder erst durch Aktivität von Lebewesen entstanden (Luftsauerstoff)
oder
Moleküle bereits (mehrmals) Bestandteile von Lebewesen gewesen
(zumindest die heute in diesen Reservoiren enthaltenen)
Auch lithosphärische Reservoire in ihrer aktuellen Beschaffenheit überwiegend biogen (z. B. Ca)
Arten von Stoffkreisläufen
Haupt‐Kreislauf:
Produzenten (Konsumenten) Destruenten abiotische Reservoire Produzenten
Daneben andere Kreisläufe
Manche Kreisläufe kurzgeschlossen:
Pflanze gibt Sauerstoffmoleküle an Reservoir der Atmosphäre ab und nimmt die selben Moleküle wieder auf
autökologischer Prozeß
Meist aber mehrere Organismen verschiedener Arten an Kreislauf beteiligt
synökologischer Prozeß
Kurzgeschlossenen (autökologische) Kreisläufe
(v. a. über atmosphärische und hydrosphärische Reservoire)
nur im Prinzip kurz:
In aller Regel erst nach unbestimmter und sehr langer Zeit wieder aufgenommen
und dann nicht durch den selben Organismus
sondern nur durch einen Organismus des gleichen Typs
(z. B. grüne Pflanze)
Dagegen:
Abgabe in Boden:
i. a. nicht sofort wieder aufgenommen:
Längere Zersetzungsprozesse (synökologischer Kreislauf):
Aber:
beträchtlicher Teil der abgegebenen oft tatsächlich in den selben Organismus erneut inkorporiert
Die von den Pflanzen mitteleuropäischer Wälder aufgenommenen Mineralstoffe kehren zum größten Teil innerhalb eines Jahres in den Boden zurück (ca. 70–90 %)
Dann aber überwiegend erneut von Pflanzen dieses Waldes aufgenommen
Stofffluß Organismen Atmosphäre (und Hydrosphäre) Organismen:
Meist keine geschlossenen Kreisläufe (bzw. nur über sehr lange Zeit)
Stoffluß Organismen Boden Organismen:
Zum großen Teil geschlossene Kreisläufe (in kurzer Zeit)
Nährstoffe also wiederholt nutzbar, aber:
Kreisläufe sehr unterschiedlich geschlossen
Auf Lebensgemeinschafts‐Ebene nie perfekt
Mehr oder weniger lange „Zwischenlagerung“ in abiotischen Reservoiren
Fragen:
‐Welcher Anteil ist geschlossen?
‐ Gibt es endgültiges Verlassen des Kreislaufs?
Beispiele für Grad der Geschlossenheit von Stoffkreisläufen
Wie mißt man Verluste an Litho‐ und Hydrosphäre?
In Flußwasser gelöste und als Schwebstoffe enthaltene Stoffe gemessen
Bilanzierung durch Vergleich mit in Niederschlagswasser enthaltenen und in Biomasse des Einzugsgebietes gespeicherter Stoffmenge
Wenn Abfluß > Zufuhr durch Niederschläge: Differenz stammt aus Verwitterung und Biomasse‐Zersetzung ohne Wiederbindung
Ergebnis meist: Zufuhr und Abfluß im Vergleich zu in Biomasse gespeicherter Menge gering
Weitgehend geschlossene Kreisläufe
Kreisläufe bei Pflanzenbeständen aus langlebigen Arten (bes. Wälder) weitgehend geschlossen
Beispiele:
Buchenwald des Solling: 92 % des in den Boden gelangenden Stickstoffs und 100 % des Phosphors von den Pflanzen wieder aufgenommen
Waldgebiet USA (Hubbard Brook): jährlich nur 0,1 % des in Biomasse und toter organischer Substanz gebundenen Stickstoffs mit Flußwasser verloren
Quellwasser tropischer Regenwälder in manchen Fällen nahezu elektrolytfrei
Kreisläufe über Bodenreservoire also nach Zahl der Glieder relativ lang
(Organismen, die an den Zersetzungsschritten beteiligt),
aber räumlich gesehen sehr kurz
Immer fällt Teil der Stoffe aus Kreislauf heraus und verläßt das Ökosystem
Anteil steigt sehr stark an, wenn Pflanzenbestände nicht geschlossen
‐ Hubbard Brook: nach Kahlschlag Abflußrate des Stickstoffs 60 mal so hoch
‐ In Deutschland Stickstoffauswaschung unter Wald zwischen 1 und 9 kg/ha/a, unter Acker zwischen 73 und 120 kg/ha/a
Kreislauf nun nach Destruenten unterbrochen
da kaum mehr Wurzeln vorhanden (insbesondere nicht ganzjährig): Freigesetzte lösliche Stoffe nicht wieder aufgenommen Auswaschung
Stoffe weiterbefördert, zirkulieren eine Zeitlang in anderen Ökosystemen (Spirale)
Unterschiede aquatische und terrestrische Ökosysteme hinsichtlich Geschlossenheit der Kreisläufe
Terrestrische Ökosysteme: weitaus größter Teil der Stoffe zirkuliert (aber: Wüsten!)
Fließgewässer: größter Teil der Stoffe fließt weiter, aber zeitweilig in Biomasse festgelegt
(Makrophyten und Makrophyten‐Aufwuchs (Pilze, Mikroorganismen, Algen)
Spirale besseres Bild als Kreislauf
Enge Windungen, wo Wasser stagniert
folie
Süßwasserseen
Bereits kleine mit Durchfluß: große Verluste an Sediment
Aus Sediment wieder freigesetzt gelöst
Z. B. Phosphor unter anaeroben Bedingungen freigesetzt
Aber im Vergleich zu terrestrischen Ökosystemen sehr viel endgültig dem Kreislauf entzogen
Weiterer Unterschied aquatischer zu terrestrischen Ökosystemen:
Extrem schnelle Zirkulation im freien Wasser
Wachstum der Phytoplanktonzellen unter Aufnahme gelöster Nährstoff in wenigen Stunden bis zur Teilung
(Teilung alle 2‐3 Stunden, oder Sterben)
Plankton‐Zersetzung: Freisetzung Phosphat zu 75 % innerhalb weniger Stunden nach Tod
Meere
Beispiel Phosphor (wichtigster limitierender Stoff)
Zufuhr in belebtes oberflächennahes Wasser:
‐ Aus Flüssen‐ Aus aufsteigendem Tiefenwasser (ca. 100 mal so viel)
In oberflächennahen Ökosystemen:
Aufnahme in Plankton rasches Zirkulieren Absinken eines großen Teils mit Detritus Teil hochgetragen mit aufsteigendem Wasser
Durchmischungszyklus der Ozeane: 1000 Jahre
Dabei geht alle 1000 Jahre 1 % des Phosphors an Sediment verloren
Größenordnung
Ein durch Verwitterung freigesetztes P‐Atomzirkuliert
‐ Jahre bis Jahrhunderte in terrestrischen Ökosystemen ‐Wochen bis Monate in Fluß‐Spirale
Meer: 100 Umlagerungen von je 1000 Jahren,jedes mal 1 % Sediment
Hebung des Meeresbodens wird FestlandVerwitterung Neubeginn des Zyklus
Teile des Meeresbodens aber nie zu Festland geworden
Also zwei Charakteristika aquatischer Ökosysteme:
‐ Extrem schnelles Zirkulieren ‐ Aufgebrochene Kreisläufe
Zivilisationsbedingte Veränderungen dieser Größenverhältnisse
Beispiel Phosphor
‐ Entnahme P aus Gewässern (Fischerei) unbedeutend
‐ Zufuhr in Gewässer durch Düngung und Waschmittel: weit größer als Entnahme, lokal/regional bedeutend
‐ Noch weitaus mehr: Zufuhr durch Auswaschung und Erosion
(insgesamt: Landwirtschaft, nicht Industrie von – direkter – Bedeutung)
Eintrag in Meere: zivilisationsbedingter P‐Eintrag 2/3 des gesamten
Für Meeresökosysteme kaum von Bedeutung: Zufuhr durch aufsteigendes Tiefenwasser viel wichtiger
Aber wichtig für Ökosysteme der Flüsse:
P ist limitierender Faktor EutrophierungWachstum von Algen Wassertrübung Verschwinden lichtbedürftiger Arten (Laichkräuter, Characeen)
Zersetzung des Planktons (und Algenwatten):
O2 wird aufgebraucht anaerobe Verhältnisse H2S (Faulschlamm), toxisch und P‐Freisetzung aus Sediment
(erneute Düngung)
Überblick Kapitel Funktionsweise
(Nicht nach Prozesse‐Funktionen‐Regulation gliedern:zu viele Wiederholungen)
3.1. Funktionsbegriff
3.2 Nahrungsketten
3.3 Energiefluß
3.4 Stoffflüsse
3.5 Stabilität3.5.1 Stabilitätsbegriff
3.5.2 Diversität‐Stabilität
5.1 Stabilitätsbegriff
Stabilitätsbegriff aus Handschrift
Stabilität
Was ist stabil?
insbesondere:kann das Ökosystem stabil sein?
Was bedeutet Stabilität?
(Arten von Stabilität)
Ursachen von Stabilität
insbesondere:verursacht hohe Diversität Stabilität?
Was ist stabil?
Aussage über Stabilität mußMaßstab enthalten
Kann „das Ökosystem“ stabil sein?
Aussage über Stabilität muß sich auf bestimmte Art von Störung beziehen
Was bedeutet Stabilität?ist Stabilität ein eindeutiger Begriff?
Arten von Stabilität
KonstanzGleichbleiben ohne Berücksichtigung der Frage, ob Belastung oder nicht
ResistenzFähigkeit, unter Belastung Veränderung zu vermeiden
Elastizität (Resilienz)Fähigkeit, nach Veränderung zu früherem Zustand zurückzukehren (Rückkehrgeschwindigkeit)
<Plastizität?>
lokale StabilitätRückkehrmöglichkeit nur nach kleiner Abweichung
globale StabilitätRückkehrmöglichkeit auch nach starker Abweichung
PersistenzZeit, über die eine Variable ihren Wert beibehält
Diversitäts‐Stabilitäts‐Diskussion
genereller Gang:
‐ „immer schon geglaubt“: Diversität erzeugt Stabilität
‐ 50er Jahre: „wissenschaftlich bewiesen“
‐ 70er Jahre: „widerlegt, Gegenteil ist richtig“
‐ 80er/90er Jahre: in wesentlichen Teilen rehabilitiert
Diversitäts‐Stabilitäts‐Diskussion 50er/60er Jahre:
Argumente für Diversitäts‐Stabilitäts‐These:
Je mehr Arten, desto mehr parallele Energiepfade
mathematische Modelle mit wenigen Arten (‐Interaktionen): instabil
Monokulturen gegen Schädlingsbefall anfällig
Labor‐Lebensgemeinschaften aus wenigen Arten Aussterben
Artenarme Insel‐LebensgemeinschaftenInvasionen, Ausrottung heimischer Arten, Umwälzung des
Artenbestandes
Artenreiche tropische Regenwälder: keine Massenvermehrungvon Schädlingen, kaum Einwanderung fremder Arten
Kritik
May‐Kritik
Kritik an These: „je artenärmer, desto stabiler“:
Modell von R. May: zufällig zusammengesetztes Interaktionsgefüge: unrealistisch
in komplizierteren Modellen nicht‐zufällige Zusammensetzungen geprüft
z. B.: Gesellschaft teilt sich in Gruppen mit starken internen Beziehungen und schwachen externen
(Folie)
stabiler als ohne Gruppenbildung
Diversität auf höherer Ebene könnte Stabilität steigern
Ergebnis solcher Modelle:
wenn Interaktionen realitätsnäher:Immer noch Komplexität Instabilität, aber Wirkung abgeschwächt
2) Mays Modell nahm an:
Nahrungsversorgung wird durch Konsumenten beeinflußt
Aber oft nicht der Fall
Modelle mit Unterscheidung, durch Verlust welcher Arten Diversität verringert:
Entfernung von Spitze (Prädatoren) Diversität führt zu Instabilität
Entfernung von Basis (Pflanzen) Diversität führt zu Stabilität
Experimente in Grünland:
Steigerung der Pflanzenarten‐Diversität höhere Stabilität der Biomasse‐Produktion
Beispiel (McNaughton):
New York:
Hinzufügen von Dünger (= Störung):
‐ In artenarmen Pflanzenbestände: Produktivität steigt um 53 %
‐ in artenreichen Pflanzenbeständen: Produktivität steigt um 16 %
Serengeti
Beweidung (= Störung):
‐ in artenarmer Steppe: Biomasse sinkt um 69 %
‐ in artenreicher Steppe: Biomasse sinkt um 11 %
Ursachen:
in trockenen Zeiten bestimmte Arten besonders produktiv, in nassen Zeiten andere Arten
bei höherer Diversität Gesamt‐Produktivität eher ausgeglichen
Regel:
Diverse Gesellschaften: Folge stabiler Umwelt
Diverse Gesellschaften: resistent
(Dynamisch fragil oder dynamisch robust)
Wenn Zusammenbruch: keine Rückkehr zu Ausgangszustand (Beispiel Abholzung Regenwald)
Einfache Gesellschaften: Folge dynamischer Umwelt
Einfache Gesellschaften: resilient
Nach Veränderung durch Störung Rückkehr zu Ausgangszustand (Beispiel: Dünenvegetation)
Gesamtergebnis:
Früher:
These Diversität Stabilität für allgemein richtig gehalten
Generalbegründung für Naturschutz
jetzt:
Es gibt Zusammenhang zwischen Diversität und Stabilität in machen Fällen
Aber:je nach Stabilitäts‐Typ, untersuchter Ökosystem‐Eigenschaft, Ökosystem‐Typ ... andere Ergebnisse
statt Generalbegründung für Naturschutz: Forschung nötig
REDUNDANZ
Seit Jahrzehnten Diskussion darüber, ob Zusammenhang zwischen Diversität von ökologischen Systemen und ihrer Stabilität
Diskussion seit etwa 20 Jahren differenzierter:
Nach Beziehungen zwischen Diversität und verschiedenen Variablen gefragt ("Funktionen")
Stabilität nur noch eine Funktion von vielen
Forschung in großem Umfang zu solchen funktionalen Aspekten der Diversität
davor, (von Stabilitätsproblem abgesehen), Interesse vor allem: was sind die Einheiten der Biodiversität und wie ist Diversität auf Erde verteilt
Seit ca. 15 Jahren auch: Konzentration auf Frage "Redundanz“
Bestimmte Arten oder ein bestimmter Anteil der Arten redundant, d.h.:Verlust kaum Auswirkung auf die "Struktur" und die "Funktionen" der Systeme
Z. B. Walker 1992:
Nicht alle Arten gleichermaßen bedeutend in ihrem Einfluß auf Ökosystemprozesse
Vielmehr: 'drivers', die Ökosystemprozesse entscheidend beeinflussen, von 'passengers' unterscheiden
Mehrere oft als Alternativen gedachte Hypothesen
Die wichtigsten Hypothesen:
Nieten‐Hypothese (rivet hypothesis):
alle Arten leisten Beitrag zur Ökosystemfunktion, allerdings jede Art nur einen geringen
Extreme Version der Nietenhypothese:
linearer Zusammenhang Artenzahl‐Funktion,
da jede Abnahme der Artenzahlen die Ökosystemprozesse (gleichermaßen) beeinträchtigt= Linearitäts‐Hypothese
(Folie)
Redundante‐Arten‐Hypothese
Minimale Diversität fürür Funktionieren des Ökosystems notwendig.
Über dieser minimalen Diversität aber:die meisten Arten funktional überflüssig
Sowohl Redundante Arten‐Hypothese als auch Nieten‐Hypothese wurden mit Vorstellung verbunden, es gebe Grenze der Vereinfachung
Darunter: "Zusammenbruch des Systems“
Redundante‐Arten‐Hypothese:
anders als in der Nieten‐Hypothese, gefordert, daß man im Prinzip angeben können müßte, welche Arten funktional entbehrlich
Idiosynkrasie‐Hypothese ('idiosynkratic‐response‐hypothesis'):
Arten funktional sehr unähnlich
nicht wie in Redundante‐Arten‐Hypothese in Gruppen funktionell gleicher Arten eingeteilt,
von denen dann, weil sie einander ersetzen können, pro Gruppe im Prinzip nur eine erforderlich
sondern:
funktionaler Unterschied zwischen allen Arten in Vordergrund gestellt.
In diesem Fall würde es nicht nur darauf ankommen, wie viele Arten verschwinden (Linearitäts‐Hypothese)
oder
ob man sich diesseits oder jenseits einer Diversitätsschwelle befindet (Redundante‐Arten‐Hypothese)
(Idiosykrasie‐Hypothese)
Wichtig vielmehr:
welche Arten verschwinden und in welcher Reihenfolge
Denn:entscheidend sind weniger Artenzahlen, Sondern spezifische Arteigenschaftenund (damit) Ausbildung von bestimmten Interaktionen zwischen Arten
Rolle von Arten kann sich je nach Kontext ändern
historische Einwanderungsgeschichte einer Region und evolutionäre Geschichte der interagierenden Arten erhält stärkere Bedeutung
Schlüsselarten‐ Hypothese
Kerngedanke:Nur wenige Arten oder gar nur eine haben wirklich wichtige Auswirkungen auf Ökosystemprozesse und auf die Gesellschaftsstruktur
Unterschied zur Redundanz‐Hypothese:
in dieser üben viele Arten Funktionen aus (oder könnten sie doch ausüben),doch innerhalb einer funktionellen Gruppe in gleicher Weise.
Können einander ersetzen Und: idealerweise alle bis auf eine Art pro Gruppe überflüssig
Prinzipiell aber kann jede Art wichtig werden, nämlich dann, wenn die äquivalenten verschwunden
Dagegen Schlüsselarten‐Hypothese:
Arten bleiben funktional unbedeutend, wenn Schlüsselart weg:
nicht Redundanz, sondern Irrelevanz ( Informationstheorie)
ÜBERFLÜSSIGKEIT – SICHERHEIT
Redundanz wird in Informationstheorie nicht nur in der Bedeutung "Überflüssigkeit" verwendet:
Unter bestimmten Voraussetzungen ist RedundanzMittel zum Schutz gegen Störung = "förderliche Redundanz“
Förderliche Redundanz = Bestandteile der Information, die zwar weggelassen werden können, ohne Informationsgehalt zu verkleinern
Aber: können dazu dienen, Informationsmenge aufrechtzuerhalten oder wiederherzustellen (z. B. nach Störung)
Leere Redundanz eignet sich nicht zur Wiederherstellung des ursprünglichen Informationsinhaltes
kein Mittel, Störung zu begegnen
Auf ökologische Fragen angewandt:
Redundanz kann unter sich verändernden Umweltbedingungen für Funktionen wichtig werden
Art einer funktionellen Gruppe, die unter gegenwärtigen Bedingungen redundant (überflüssig)kann einzige Art dieser Gruppe sein, die unter veränderten Umweltbedingungen überleben kann
= Versicherungs‐Hypothese (insurance hypothesis):
Versicherungs‐Hypothese:
Arten, die bestimmten Ökosystemprozeß in gleicher Weise beeinflussen, unterscheiden sich in Reaktion auf Variationen der Umwelt
Hohe Artenzahlen machen bei Variationen der Umwelt bedeutende Änderung der Ökosystemprozesse weniger wahrscheinlich
hohe Artenzahlen erhöhen Wahrscheinlichkeit, daß bestimmter Prozeß aufrechterhalten, auch wenn manche Arten verloren gehen
Damit ändert sich Bedeutung der redundanten Artenvon überflüssighin zu Absicherung
Man muß also differenzieren zwischender momentanen Rolleund einer möglichen zukünftigen.
Man sprach zunächst meist von „der“ Funktion „des“ Ökosystems
Vorstellung, es gebe so etwas wie die Funktion des Systems, wurde in Metaphern veranschaulicht wie:
Ökosysteme gleichen Flugzeug, das nach Verlust einer gewissen Anzahl seiner Nietenauseinanderbrechen würde
Die Funktion eines Flugzeuges oder eines Autos kann leicht angegeben werden
und von Aktivitäten, die diese zwar auch ausführen, aber nur zufällig (Schallfrequenz ausstrahlen o. ä.), abgegrenzt werden
Dagegen:
Unklar, was mit der Funktion bzw. dem Funktionieren des Ökosystems gemeint sein soll
bei Systemen vom Typ der Ökosysteme nicht möglich, die verschiedenen Funktionen in einer Gesamtfunktion zu integrieren
Bei Artefakten sinnvoll
Bei Einzelorganismenmit Begriffen Gesundheit und Überleben offenbar auch sinnvoll
(aber: „ecosystem health“)
Stand der Forschung
experimentelle Forschungen:
sehr unterschiedliches Bild
Keine der Hypothesen konnte generell bestätigt werden
Zu vermuten:z.T. wegen Heterogenität des Gegenstandsbereiches
Unterschiedliche Sachverhalte v. a. in dreierlei Hinsicht:
Es gibt verschiedene „Situationen“(Ökosysteme, trophische Ebenen...)
Es gibt unterschiedliche Funktionen, die von der Diversitätbeeinflußt werden sollen
die Einflußgröße (Artendiversität, genetische Diversität ...)kann unterschiedlich sein
Wie stellt man fest, daß/welche Sukzession stattgefunden hat?Zwei Grundformen von Sukzession – Kriterium AusgangspunktZwei Grundformen von Sukzession – Kriterium VerursachungUnterteilung des SukzessionsverlaufsSukzessionstheorie von E. P. Odum
Praktische FolgerungenKlimax (reaction) <20>Sukzession holistisch gedeutet:Kritikpunkte an holistischer DeutungIndividualistische Erklärungen betonen:Sind Sukzessionen Teil der Funktionsweise von Gesellschaften oder sind sie historische Veränderungen? <24>Sukzession als Teil der Funktionsweise wäre (Abstraktion)„Gibt“ es Klimaxgesellschaften“?Abstrahieren von Artbildung: KurzzeitenwicklungSukzession“ im Ökologen‐Sprachgebrauch: In der Regel nicht gemeint …
Gemeint mit „Sukzession“:Gleichgewichts‐Modell oder Ungleichgewichts‐Modell? <29ff>gegen klassische Theorie> Gegen „Richtung steht fest Klimax“ <32>gegen klass Theorie> Gegen behauptete Sukzessionsmechanismen (Egler, facilitation)
gegen klassische Theorie> Mosaikzyklustheoriegegen klassische Theorie Gegen Monoklimax Polyklimax <36>gegen klassische Theorie >Radikale (individualistische) Kritik: Geason (Gams?)
Überblick
Gesellschaften
1) Einleitung
2) Muster und Strukturen
3) Funktionsweise
4) Zeitliche Veränderungen5) Verteilung der Gesellschaften im Raum
Zeitliche Veränderungen
Einleitung
Veränderungen hier nur, sofern sie in der Aufeinanderfolge verschiedener Arten bestehen
Wiederholung
Prozesse werden zeitliche Veränderungen von Eigenschaften der Gesellschaft genannt
(ihre Gesamtheit: Dynamik)
Prozesse werden zeitliche Veränderungen von Eigenschaften der Gesellschaft genannt (ihre Gesamtheit: Dynamik).
Die Prozesse üben Funktionen aus
Mit Funktionsweise ist die Art gemeint, wie die Prozesse dann ablaufen, wenn die Gesellschaft im ganzen sich dabei nicht verändert ( Funktion ist Stabilität)
Historische Veränderungen sind einmalig / unwiederholbar
Scheint klare Unterscheidung:
‐ Prozesse, die zur Funktionsweise gehören
‐ Prozesse, die historische Veränderungen sind
„Sukzessionen“ werden von vielen definiert als Prozesse, die zur Funktionsweise gehören
Beispiele: Nentwig? Krebs? Ricklefs?
Problem:
Viele andere meinen, daß Sukzessionen
(eben die Prozesse, die die angeblich zur Funktionsweise gehören)
auch nur historische Veränderungen sind
unter „Sukzessionen“ müssen historische Veränderung mit behandelt werden
Unter „historischen Veränderungen“ dann nur solche, die allgemein nicht „Sukzessionen“ genannt werden (Langzeitprozesse)
2. Sukzessionen
2.1 Einleitung
‐Was ist gemeint mit „Sukzession“?
‐ Zwei Hauptfragen
‐ Überblick
Was ist gemeint mit „Sukzession“?
Noch einmal:
Nicht Prozesse im allgemeinenSondern:Wechsel der Artenzusammensetzung einer Gesellschaft („holistische“ Formulierung)bzw.zeitliche Aufeinanderfolge verschiedener Arten in einem Raum („individualistische“ Formulierung)
Zwei grundverschiedene Sachverhalte:
(1) Solche Prozesse gehören zur Funktionsweise(2) Solche Prozesse sind historische Veränderungen
„Sukzession“ manchmal für beides gebraucht: zeitliche Aufeinanderfolge verschiedener Arten in einem Raum = Sukzession i.w.S.
„Sukzession“ manchmal nur für (1) gebraucht: Artwechselprozesse, die bestimmten Gesellschaftszustand wiederherstellen
Aber: aber doch nicht alle Prozesse des Artwechsels/ der Artaufeinanderfolge gemeint
Was wird mit Sukzession normalerweise gemeint?
„Sukzession“ im Ökologen‐Sprachgebrauch
In der Regel nicht gemeint:
‐ Konkrete Veränderungen der Artenzusammensetzung über sehr lange Zeit
‐ Veränderungen, die Artbildung einschließen
‐ Veränderungen, die dem Tages‐/Jahresrhythmus geschuldet
‐ Veränderungen, die nicht im Verschwinden oder Hinzukommen von Artenbestehen (Individuendichte‐Änderungen)
‐ Zyklische Veränderungen (wohl aber gerichtete Veränderungen innerhalb von zyklischen Veränderungen auf höherer Ebene)
Was ist gemeint? Nicht‐zyklische Artwechsel / Artaufeinanderfolge in „ökologischer Zeit“
Zwei Hauptfragen
1) Sind / wie weit sind Sukzessionen vorhersagbar?
2) Was sind die Ursachen von Sukzessionen?
Welche Art von Ursachen führen zu (Nicht‐)Prognostizierbarkeit?
Einleitung Sukzessionen
Überblick
1. Sukzessionen als Teil der Funktionsweise von Gesellschaften und als historische Veränderungen
2. Wie stellt man fest, daß/welche Sukzession stattgefunden hat?
3. Grundformen von Sukzessionen
4. Unterteilung des Sukzessionsverlaufs
5. Zwei klassische Theorien (Extrempositionen) entsprechend zwei Hauptfragen: (3a) Holistische Theorie und (3b) individualistische Theorie
6. Zwischenpositionen
7. Beispiele
2.2 Wie stellt man fest, daß/welcher Artwechsel stattgefunden hat?
‐ Direkte Beobachtung
‐ Historische Untersuchungen (Pollenanalyse, Großreste im Moor, Schichtungen wie Ortstein ...)
‐ Vergleich von Standorten mit (vermutlich) ursprünglich gleichen Umweltfaktoren, aber verschieden langer Besiedlung
Insbesondere
Vergleich im Gelände aneinandergrenzender „Zonen“folie
2.3 Grundformen von Sukzessionen
Drei Begriffspaare:
Zwei Grundformen von Sukzession – Kriterium Ausgangspunkt
Primäre und sekundäre Sukzession
Primäre:
‐ nach völliger Vernichtung der vorherigen Lebewesen,
‐ Nach Neuentstehung besiedlungsfähiger Substrate (Vulkane, Gletscher, Kiesabbau ...)
Sekundäre:
nach störungsbedingter Veränderung der Artenzusammensetzung(Windbruch, Kahlschlag, Beginn von Beweidung, Ende von Beweidung …)
Zwei Grundformen von Sukzession – Kriterium Aufbau‐Abbau
Gestaltungssukzession – Verbrauchssukzession(= formative Sukzession – konsumtive Sukzession)
Im Falle der Gestaltungssukzession entsteht eine (neue) Gesellschaft (entstehen neue Gesellschaften)
Im Falle der Verbrauchssukzession löscht sich die Gesellschaft selber aus( Schwerdtfeger Bd. 3, 171)
Beispiel für Gestaltungssukzession: Wiederbewaldung nach Kahlschlag
Beispiel für Verbrauchssukzession: vermodernder Baumstamm
Zwei Grundformen von Sukzession – Kriterium Verursachung
Autogene Sukzession – allogene Sukzession
Autogene: bewirkt von (biotischen) Kräften im System
Allogene: bewirkt von systemexternen Kräften (biotischen und abiotischen)
Meist spielt beides ineinander
Beispiel Verlandung:
Ablagerung von Schlick: allogen
Beschleunigung der Schlickablagerung durch Vegetation: autogen
2.4 Unterteilung des Sukzessionsverlaufs
Bestimmte Zustände im Verlauf der Sukzession: Stadien, Phasen
Beginn mit Pioniergesellschaft
Sukzession hat Endstadium (keine weitere Veränderung)
oder nicht
„Klimax“ wird unterschiedlich verwendet:
‐Manchmal i.w.S. für dauerhaftes Stadium jeder Art
(einschließlich z. B. durch besondere, ungünstige Umweltbedingungen verursachte „Dauergesellschaften“)
‐Manchmal i.e.S. nur für durch Gleichgewicht zwischen Arten untereinander sowie Artengemeinschaft und Umwelt (oder Klima und Boden, oder nur Klima) bedingten dauerhaften Zustand
2.5 Zwei Extrempositionen entsprechend zwei Hauptfragen
2.5.1 Einleitung
Warum es überhaupt eine Kontroverse geben kann,
wo sich doch die gegensätzlichen Auffassungen auf kategorial Unterschiedliches beziehen:
Typ/Klasse oder konkrete Wirklichkeit
Was (Nicht‐)Prognostizierbarkeit in dieser Kontroverse genauer bedeutet
Wie kann es überhaupt eine Kontroverse geben?
Jeder Anhänger der Auffassung, daß Sukzessionen Teil der Funktionsweise, wird zugeben:
Alle wirklichen Veränderungen sind (genau genommen) unwiederholbar und nicht prognostizierbar
Jeder Anhänger der Auffassung, daß Sukzessionen historische Veränderungen, wird / sollte zugeben:
Man kann Prognosen machen wie: Immer dann, wenn unter Bedingung B Wald W entfernt, stellt sich nach Zeit t1 Gebüsch vom Typ G, nach t2 Vorwald vom Typ V, nach t3 Klimax‐Wald vom Typ K ein
Prognostizierbarkeit / Nicht‐Prognostizierbarkeit beziehen sich auf kategorial Unterschiedliches: konkrete Wirklichkeit und Typ / Klasse
Wie kann es dann überhaupt eine Kontroverse geben?
Wegen Forderung der Wiederholbarkeit:
von unwiederholbaren Prozessen muß abstrahiert werden
insbesondere von Artbildung/‐austerben absehen
„Sukzession“ (als Teil der Funktionsweise) nur für kurze Zeiten brauchbarer Begriff
„Sukzession“ auch für reale Prozesse gebraucht, sofern kurzzeitig
Kontroverse geht darum, ob Kurzzeitprozesse (in „ökologischer Zeit“) mit für hinreichend erachteter Genauigkeit vorhersagbar zu bestimmtem Zustand führen (in den Grenzen eines bestimmten Typs /Klasse bleiben)
(z. B. nicht nur Wald wird durch Sukzession wiederhergestellt, sondern Melico‐Fagetum)
Gemeint mit „Sukzession im engeren Sinne“ (zu Funktionsweise gehörig):
1) Abstrakt betrachtete (idealisierte) Veränderungen der Artenzusammensetzung einer Gesellschaft / auf einer Fläche
Müssen zu bestimmtem Typ von Gesellschaft führen oder über bestimmte Typen von Gesellschaften verlaufen
von allen übrigen Veränderungen wird abgesehen
2) Reale Kurzzeit‐Veränderungen der Artenzusammensetzung
Nur bei (2) kann gestritten werden, ob / in welchem Grade wiederholbar /vorhersagbar
Bei (1) definitionsgemäß so
Was ist mit (Nicht‐)Prognostizierbarkeit genau gemeint?
Denn: auch bei historischen Veränderungen ist manches prognostizierbar
Welches der beiden Modelle beschreibt Sukzessionen richtig:
Gleichgewichts‐Modell oder Ungleichgewichts‐Modell?
Gleichgewichts‐Modell
Beispiele: Gummi, logistisches Populationswachstumfolie
Abweichung von irgendeinem Zustand oder Neuentstehung
‐ Richtung der Veränderung auf Gleichgewicht zu vorhersagbar
‐ Endzustand vorhersagbar (oder zyklisch)
‐ Verlauf um so besser vorhersagbar, je mehr Zeit vergeht
Ungleichgewichts‐Modell
Beispiele: Rakete im Weltraum; Kugel rollt endlos langen Berghang hinab
Abweichung von irgendeinem Zustand oder Neuentstehung
‐ Richtung der Veränderung hängt von Zufällen ab unvorhersagbar
‐ Endzustand unvorhersagbar
‐ Verlauf um so schlechter vorhersagbar, je mehr Zeit vergeht
2.5.2 Position „Sukzession gehört zur Funktionsweise von Gesellschaften“ (darum prognostizierbar)
Zwei Hauptgesichtspunkte:
(1) Vorhersagbarkeit
(1) Ursachen der Sukzession
allgemein;: Autoren nennen, ein paar Definitionen?
Verlauf der Sukzession ist prognostizierbar
und zwar nach Gleichgewichtsmodell
Das heißt:
Es gibt vielemögliche Anfangsstadien („Pioniergesellschaften“),
aber immer weniger Folgestadien
und
es gibt ein Endstadium
idealerweise für einen großen Bereich von Anfangs‐ und Folgestadien nur eines
Folie Br‐Bl
(Sukzession kann Teil von Zyklus sein: dann können alle Stadien gleichermaßen prognostizierbar sein,aber das hier ausgeklammert)
Wenn viele mögliche Anfangsstadien, dann ist Beschaffenheit des Anfangsstadiums einer bestimmten Sukzession kaum prognostizierbar
je länger Sukzession andauert, desto besser prognostizierbar
Endstadium (im „Normalfall“) sicher prognostizierbar
Denn es gibt nur ein Endstadium, mehrere gleichzeitig mögliche Zwischenstadien, viel gleichzeitig mögliche Anfangsstadien
Prognostizierbarkeit bedeutet:
Es gibt gesetzmäßige Veränderungen mancher Eigenschaften der sich verändernden Gesellschaft / der Arten
Nicht nur der Artenzusammensetzung, sondern z. B. auch
‐ der Artenzahlen
‐ der Struktur der Gesellschaft (z. B. Vernetzungsgrad)
‐ der Funktionsweise der Gesellschaft (z.B. Stabilität, Kreisläufe)
‐ der energetisch‐produktionsökologischen Eigenschaften der Gesellschaft
‐ der Biologie der Arten (z. B. Lebenszyklen, „Strategien“, Nischenbreite)
Folien Odum‐Tabelle
Exkurs: Praktische Folgerungen
Ausgehend von unterschiedlichen energetischen Eigenschaften und Stabilitätseigenschaften früher und später Stadien:
Einteilung der Ökosysteme entsprechend Hauptfunktionen für Nutzung
Zwei Grundfunktionen: Produktion und Protektion
Diese seien sukzessionstheoretisch bestimmten Ökosystem‐Typen zuzuordnen:
Frühe Stadien: produktive Ökosysteme
Nicht weil Produktion in frühen höher,
Sondern:
Atmung niedrig wenig selbst verbraucht nutzbarer Überschuß
Späte Stadien: protektive Ökosysteme
Stabil (in verschiedenem Sinn), Konstanz zum Teil durch eigene Resistenz erzeugt schützen ihre Teile (und Umgebung) vor Störungen
Vorschläge, Ökosysteme der Erde Hauptfunktionen zuzuordnen (differenzierte Landnutzung, 10 % Naturschutz“)
folie
Ursachen
Pioniergesellschaft: Zufall des Erreichens der Fläche, zufällige Eignung des Standorts
Ablösung der Pioniergesellschaft und der folgenden Phasen „facilitation“
Facilitation: die jeweils anwesenden Arten ermöglichen anderen die Ansiedlung
Spezieller: „reaction“ – die Ermöglichung geschieht durch Wechselwirkung mit der Umwelt:
diese reagiert auf die Arten und diese wiederum auf die Umwelt
Facilitation ohne reaction:
Beuteart siedelt sich an ermöglicht Räuber die Ansiedlung
Reaction:
Organismen siedeln sich an, die an jeweilige Umwelt angepaßt
Organismen ändern Umwelt
sind an neue Umwelt nicht angepaßt
andere Organismen, die an neue Umwelt angepaßt, siedeln sich an und verdrängen vorhergehende
Arten schaffen alsogünstige Umweltbedingungen für andere Artenungünstige Bedingungen für sich, weil sie an Umweltbedingungen vor Veränderung angepaßt sein mußten und die anderen Arten (als Konkurrenten) negative Umweltfaktoren sind
Wenn sich Organismen ansiedeln, die
stärker als potentielle Konkurrenten und
Umwelt nicht mehr zugunsten anderer verändern, endet Sukzession
Sukzession als zur Funktionsweise gehörig normalerweise holistisch gedeutet
1. Sukzession hat Funktion für die Gesellschaft: stellt sie (wieder) her
Frage: ist Prognostizierbarkeit nach Gleichgewichtsmodell nur auf diese Weise denkbar?
2. Sukzessionsgesetze: spätere Stadien immer stärker integriert
Gesellschaft als eine Einheit entwickelt sich
Zwei Deutungsmöglichkeiten:
‐ „Die Gesellschaft“ ist nicht bestimmtes Stadium, sondern die ganze Entwicklungsreihe
‐ aus etwas, was bloße Gesellschaft ist, entwickelt sich eine Gemeinschaft
Sukzession (typischerweise) gedacht in Analogie
‐ zur Entwicklung eines Organismus von Geburt bis zur Reife
‐ zur Genesung eines Organismus nach Krankheit (Störung)
Verlauf vorhersagbar: führt zu schon bekanntem Zustand auf bekannte Weise
Wenn nicht, dann ist Reifung/Genesung eben aufgehalten worden
"Mit einem Wort, die Strategie der Sukzession als Kurzzeitprozeß ist grundsätzlich dieselbe wie die Strategie der langfristigen Evolution der Biosphäre, nämlich eine verstärkte Beherrschung der physikalischen Umwelt oder eine Homöostasemit ihr, um einen maximalen Schutz von Störungen durch die Umwelt zu erreichen" (E. P. Odum; Hervorhebung L. T.)
Homöostase: charakteristische Eigenschaft von Organismen
Strategie … um …zu: Etwas wird getan, um ein Ziel zu erreichen, um einer Norm zu entsprechen
Langfristige Evolution der Biosphäre:
auch diese Prozesse sind keine historischen Veränderungen, sondern gehören zur Funktionsweise der Biosphäre als Ganzer: sie dienen ihr
Organismus‐Analogie:
Entwicklung führt nur im Normalfall zu schon bekanntem Zustand
„Normal“ hat zwei Bedeutungen:
(1) Vorherrschend
(2) Der Norm entsprechend
Empirisch: viele Fälle, die nicht den Prognosen entsprechen
Wenn die meisten Theorie beschreibt nicht Normalfall im Sinne von (1)
Wäre sie dann falsch?
Zwei Auswege:
‐ Normal im Sinne von (2)‐ Theorie beschreibt Idealtyp zu heuristischen Zwecken
Wie geht man im Rahmen der Auffassung „Sukzession gehört zu Funktionsweise“ damit um,daß sehr viel nicht der Theorie entspricht?
Insbesondere: Endstadien entsprechen oft nicht den Vorhersagen
Beispiel Braun‐Blanquet:
Bei „Klimax“ muß man von nicht‐normalen Bedingungen absehen
z. B. hohes Grundwasser und steiles Relief
Klimax nicht einfach Abstraktion oder Idealtyp, sondern das, was sich unter „normalen“ Bedingungen wirklich einstellt
Unter normalen Bedingungen entwickelt sich Vegetation eines klimatisch einheitlichen Gebietes zu einer bestimmten Klimaxgesellschaft
Unter nicht normalen Bedingungen wird Entwicklung zu Klimax aufgehalten
Dauergesellschaft
Sukzession würde weitergehen, wenn nicht normaler Faktor beseitigt
Z. B. Auwald oder Steilhang
Hier kein Gleichgewicht, sondern Sukzession geht weiter, aber immer wieder unterbrochen
(Überschwemmungen, Rutschungen)
Z. B. arktisch‐alpine Vegetation:
Bodenbildung unterbleibt, Sukzession geht nicht weiter, Dauergesellschaft, aber kein Klimax
Sukzession kann über Klimax hinausgehen
Arme Quarzsande Nordwestdeutschlands:
Auswaschung extrem stark
nicht „klimatisch bedingte“ Klimax‐Gesellschaft entsteht
(Querco‐Carpinetum),
sondern
„edaphisch“ bedingte Paraklimax‐Gesellschaft (Querco‐Betuletum)
Keine Dauergesellschaft, sondern wirkliche Endgesellschaft
Dauergesellschaft: Sukzession würde zu Klimax weitergehen, wenn hemmender Faktor zu wirken aufhört
aber Querco‐Betuletum hat (theoretisch) Querco‐Carpinetum schon hinter sich
Dauergesellschaft liegt vor Klimax, Paraklimax liegt nach Klimax
Klimaxgesellschaft unveränderlich, weil Gleichgewicht
Tatsächlich verändern sich Klimaxgesellschaften oft:
Es gibt nicht mehr viele
Klimax kann sich verändern – aber nur durch äußere Einflüsse: Regression
Z. B. Beweidung
Folien
2.5.3 Position „Sukzessionen sind historische Veränderungen“ (damit nicht prognostizierbar)
<<allgemeines: Historische, Autoren ….??>>
Kritik an Behauptungen der Position „Sukzession gehört zu Funktionsweise“ zu Prognostizierbarkeit
Behauptungen spekulativ (Drury & Nisbet 1973)
‐ Beobachtungen nur von frühe Stadien keine über späte oder Klimax
(man weiß von kaum einem vermuteten Klimaxstadium, wie dauerhaft wirklich)
‐ Behauptungen über Sukzession meist aus beobachteten Zonationenabgeleitet
Aber: oft gezeigt, daß z. B. See‐Verlandung nicht durch sukzessionsbedingte Bodenerhöhung, sondern Grundwasserabsenkung
‐ „Sukzessionsgesetze“ oft widerlegt: Diversität oder Produktivität oft nicht am Ende am höchsten
Folie Odum
Alternative Vorstellungen zur Prognostizierbarkeitgemäß Ungleichgewichtsmodell:
Je weiter in die Zukunft, desto schlechter prognostizierbar:
desto weniger sind die Faktoren bekannt, die wirken werden
Auf lange Sicht gar keine Prognose mehr möglich
Es gibt keinen Endzustand
Sukzession geht aufgrund von immer unbekannteren Faktoren
in eine immer unbekanntere Richtung
immer weiter
(oder hört völlig auf: alle Lebewesen tot)
Die Vorstellung von der Pioniergesellschaft wird auf die gesamte Sukzession ausgedehnt
Kritik an behaupteten Sukzessionsmechanismen:
Behauptung „facilitation / reaction“ experimentell prüfbar:
Wenn Arten früher Stadien entfernt, müßte Sukzession langsamer werden
Tatsächlich: oft beschleunigt
Arten bereiten nicht den nachfolgenden den Boden, sondern behindern sie
(inhibition hypothesis)
Alternative Vorstellungen zu Ursachen
Gesamte Sukzession wird von den gleichen Faktoren bestimmt wie die Pioniergesellschaft:
Die Gesellschaft ist zu jedem Zeitpunkt das, was
‐ zufällig eingewandert ist
‐ von abiotischen Standortverhältnissen zugelassen wird
‐ von den bereits anwesenden Arten zugelassen wird
Daraus folgt:
Wenn Reservoir für Zuwanderung unbegrenzt
(davon kann praktisch ausgegangen werden):
immer weiter Veränderung
Kritik an holistischer Deutung
Arten kommen nicht als geschlossene Gruppen (Gesellschaften) an und verdrängen andere Gesellschaften,sondern einzeln
Welche Arten ankommen, ist historisch‐zufällig
(Beispiel Wiederbewaldung nach Eiszeit)
Arten kommen nicht in bestimmten Kombinationen vor, sondern in kontinuierlich ineinander übergehenden, ständig wechselnden Zusammensetzungen
Also gibt es keine Gemeinschaften, in deren Dienst die Sukzession stehen könnte
Individualistische Auffassung
2.5.4 Zwischenpositionen
Offensichtlich: Beobachtungen sprechen teils für die eine, teils für die andere Position
Jeweilige schwache Punkte vor allem:
Schwachpunkte der Position (1)
‐Monoklimax
‐ Klimax überhaupt (Unveränderlichkeit später Stadien)
‐ Holistische Vorstellung von der Gemeinschaft (als Funktionseinheit)
Schwachpunkte der Position (2):
‐ es gibt sehr dauerhafte Phasen
‐ facilitation/reaction kommt wirklich vor
Individualistische Auffassung weniger Schwachpunkt, vielmehr: Versuche, Zwischenposition einzunehmen, kommen meist ohne Begriff der Gesellschaft aus
Einige Zwischenpositionen: Auffassungen, die Elemente von (1) und (2) kombinieren
‐ Auffassungen, die Klimaxgedanken nicht aufgeben, aber Monoklimax ablehnen: Polyklimax, climax pattern
‐ Auffassungen, die Vorstellung der Unveränderlichkeit aufgeben, aber sie auf höherer Ebene beibehalten: gap dynamics, Mosaizyklus
‐ Auffassungen, die individualistisch zeigen, daß es dauerhafteGleichgewichtszustände geben kann
‐ Auffassungen, die verschiedene Sukzessionsmechanismen und Sukzessionsverläufe im Rahmen einer Theorie zulassen
GegenMonoklimax, aber Klimaxgedanke wird beibehalten
In einem Gebiet gibt es mehrere Klimaxgesellschaften
Denn:
Nicht nur Großklima, sondern auch einige andere Faktoren sind von der Vegetation unbeeinflußbar:
‐ auf grundwassernahen und grundwasserferne Böden‐ an Süd‐ und Nordhang (…)
dauerhaft unterschiedliche Schlußgesellschaften
Polyklimax (Tansley)
Alle Umweltfaktoren haben Einfluß darauf, welche Schlußgesellschaft sich einstellt
nicht nur mehrere Klimaxgesellschaften in einem Gebiet, sondern eine beliebige Anzahl (Kontinuum) verschiedener Klimaxgesellschaften
Climax pattern (Whittaker)
Kritik an Klimax‐Behauptung im allgemeinen:
Mosaikzyklustheorie(ähnlich: gap dynamics)
folie
Es gibt eine Sukzession zu einem dauerhaften Zustand als primäreSukzession
oder als sekundäre nach sehr schwerer Störung (Diasporen der Gesellschaft weitgehend verschwunden)
Aber:dauerhafter Zustand nicht statisch,sondern dynamisches, aber sehr regelmäßiges (prognostizierbares) zyklisches Geschehen
Oder (räumlich betrachtet):Statik auf regionaler, Dynamik auf lokaler Ebene
Individualistisch gezeigt, daß es dauerhafte Gleichgewichtszustände geben kann
Prognose auf Basis von Markoff‐Ketten
Ausgangspunkt: es gibt feststehende Austauschwahrscheinlichkeiten zwischen Arten
Beispiel Wald Nordamerika
Annahme: Arten, die unter einem erwachsenen Exemplar einer Art wachsen, werden dieses ersetzen im Verhältnis ihrer Häufigkeit
Folie Birke Buche (Horn)
Ergebnisse stimmen gut mit realem sehr altem Wald überein
Stationärer Zustand unabhängig von Ausgangszusammensetzung: „unhistorisch“
Stationärer Zustand ergibt sich nur unter Voraussetzung:
Es steht fest, welche Arten zuwandern können (begrenztes Reservoir)
Andere Voraussetzungen andere Ergebnisse:
‐ Unbegrenzte Zuwandermöglichkeiten
Veränderung offen
‐ Jede anwesende Art bestimmt mehrere mögliche Nachfolger,
Unter diesen nicht mehr schon vorgekommene Arten
zunehmend unvorhersagbarFolie
(weitere Möglichkeit: Veränderung der Austauschwahrscheinlichkeiten im Laufe der Sukzession)
Auffassungen, die verschiedene Sukzessionsmechanismen und Sukzessionsverläufe im Rahmen einer Theorie zulassen
(1) Sukzessionstypen nach Horn
‐ Störungstyp
‐ obligatorische Sukzessionen
‐ Konkurrenzhierarchietyp
Störungstyp
Sukzession unter häufigen, stellenweise auftretenden Störungen
Störung Lücken
Alle Arten treten (häufig) als Keimlinge („gleichberechtigt“) in Konkurrenz
Die „an sich“ stärkeren setzen sich durch (kein Inhibitions‐Mechanismus)
Rasche Sukzession
Aufeinanderfolge der Arten entspricht (tendenziell) ihrer Konkurrenzkraft: die stärksten am Ende
gesetzmäßige, prognostizierbare Aufeinanderfolge
Wenn begrenztes Artenreservoir: Gleichgewichtsmodell
Wenn unbegrenztes Reservoir: Ungleichgewichtsmodell
Obligatorische Sukzession
Wichtig reaction‐Mechanismus
‐ Erzeugung von Humus
‐ Vegetationsbedingte Austrocknung des Standorts (stärkerer Wasserverbrauch der Bäume, Interzeption, Verlandung durch Bodenerhöhung)
‐ Beschattung
‐ Nitratfixierung
‐ etc.
Nach Horn sehr selten
(wo solche endogenen Ursachen vermutet, exogene nachgewiesen: Verlandung.
Und: Baumwachstum auf frischen Moränen)
Konkurrenzhierarchie‐Typ
Keine Störung
Wenn Erstansiedler sich etabliert hat, kann er sich lange halten
Sieg der Starken wird lange hinausgezögert
Unter Umständen so lange,
daß durch Groß‐Störung Sukzession auf Null zurückgeworfen
Störungstyp:
vorhersagbar gemäß Konkurrenzkraft der Arten; Ausgangszusammensetzung wird „gelöscht“; statistisches Phänomen
Typ obligatorische Sukzessionen:
vorhersagbar, wenn Umweltansprüche der Arten und ihre Fähigkeit, Standort zu ändern, bekannt sind; biologisches Phänomen
Konkurrenzhierarchietyp:
Ablauf von zufälligen Ereignissen bestimmt; Ausgangszusammensetzung wird nicht gelöscht: „historisch“; biologisches Phänomen
Vorhersagbarkeit bei Störungstyp liegt daran, daß es zahlreiche zufällige kleine Störungen gibt;
dagegen
Konkurrenzhierarchie‐Typ:
wenige in ihrer Wirkung genau beschreibbare (nicht‐zufällige) Großereignisse geben Sukzession zufällige Richtung
keine Vorhersagbarkeit
(2) Sukzessionstheorie von Tilman
Theorie kommt ohne Begriff der Gesellschaft aus: individualistisch
Zentraler Begriff: trade offs
In jedem Habitat spezielle Kombination von Umweltzwängen (environmental constraints)
Meist nur wenige (zwei) besonders wichtige
Z. B. Stickstoffmangel – Wasserknappheit
Organismus, der fähig, mit bestimmtem Umweltzwang fertig zu werden, muß dafür Preis zahlen:
Unfähig, mit anderem fertig zu werden
Sukzession im Prinzip deshalb, weil keine Art für alle Umweltzwänge gleichermaßen geeignet
und am Anfang andere Umweltzwänge als später
Die unterschiedlichen Typen von Sukzession erklären sich aus verschiedene Kombinationen von Haupt‐Umweltzwängen
Kolonisations‐Nahrungskonkurrenz‐Typ
Nährstoffarmer Standort
Störung anwesende Arten vernichtet Arten mit guter Ausbreitungsfähigkeit zuerst da
Haben zwangläufig geringere Konkurrenzfähigkeit unter nährstoffarmen Bedingungen
(„haben alles in Ausbreitungsfähigkeit investiert, nicht in Wurzeln“)
Später Arten, die die wenigen Nährstoffe besser nutzen können Verdrängung der Erstankömmlinge
Sukzession ist zuende, wenn die besten „Nahrungskonkurrenten“ alle versammelt
folie
Es gibt Schlußgesellschaft (bei begrenztem Artenreservoir)
Es gibt keine facilitation: die Erstankömmlinge ermöglichen/ erleichtern nicht den späteren die Ansiedlung
Die Sukzession ist prognostizierbar, wenn Ausbreitungseigenschaften und Konkurrenzkraft bekannt
Wenn guter Nahrungskonkurrent zuerst ankommt
(dafür kann ggf. Wahrscheinlichkeit angegeben werden)
Keine Sukzession: völlige Inhibition
Kolonisations‐Lichtkonkurrenz‐Typ
Fruchtbarer Standort Pflanzen wachsen gut LichtkonkurrenzStörung gute Lichtkonkurrenten verschwinden
Arten mit guter Ausbreitungsfähigkeit, aber darum zwangsläufig schlechte Lichtkonkurrenten, siedeln sich zuerst an
Von guten Lichtkonkurrenten verdrängt
Nahrungs‐Licht‐Typ
Anfangs Standort nährstoffarm
Nährstoffanreicherung durch Pflanzen (Humusbildung, Stickstoffanreicherung durch Leguminosen, Staubablagerung)
Mit Nährstoffanreicherung nimmt Biomasse zu
Lichtkonkurrenz wird wichtiger
Gute Lichtkonkurrenten verdrängen Arten, die unter schlechten Nährstoffverhältnissen überlegen
Es gibt facilitation (reaction‐Mechanismus)
Kolonisations‐Herbivorie‐Typ
Widerstandsfähigkeit gegen Herbivore nicht zugleich mit guter Kolonisationsfähigkeit wahrscheinlich
In starker Herbivorie ausgesetzem Habitat:
Störung Herbivorieresistente verschwinden
gute Kolonisatoren kommen zuerst
verdrängt durch später ankommende Herbivorieresistente
Keine facilitation
2.6 Beispiele
Beispiel für vorhersagbare und für nicht‐vorhersagbare Sukzession
Feuer‐Ökosysteme: zyklische Sukzessionen
Zyklisch: Sukzession beginnt aus inneren Ursachen immer wieder von vorn
Ein Mechanismus:
Nach Brand nimmt Entflammbarkeit mit Anhäufung toten organischen Materials zu
Bei gleich viel toten organischen Materials:
‐ Entflammbarkeit hoch bei Trockenheit
‐ Entflammbarkeit niedrig bei FeuchtigkeitFolie
Zustand, in dem Brand nahezu sicher, wird in trockenem Klima immer erreicht
Zeit abhängig vom Nachwachsen brennbaren Materials: relativ gut vorhersagbar
In feuchtem Klima wird Zustand, in dem Brand möglich, nur bei außergewöhnlicher Witterung erreicht
Sukzession nach Brand bis zu nächstem Brand in trockenem Klima vorhersagbar
Setzt zu bestimmter Zeit ein und läuft bis zu Anhäufung bestimmter Menge brennbaren Materials
Sukzession in feuchtem Klima nicht vorhersagbar
Beginnt und endet, wenn zufällig trockenes Wetter mit hinreichend viel brennbaren Materials zusammenfällt
Für möglich gehalten, daß Arten regelmäßige Sukzessionaktiv bewirken:
Auf Verhalten selektiert, das Brand in Gang setzt
Pflanzen, die nur in frühen /mittleren Sukzessionsstadienexistieren können
Ohne Brand (Brandbekämpfung!) von anderen Arten erdrückt
Diese Pflanzen produzieren viele trockene Äste und ätherische Öle
(„Chamise“ im kalifornischen Chaparall
<Baustein f1>
Beispiel für Verhinderungsmechanismus
Sukzession auf aufgelassenen Wiesen
Wiesen: keine Gehölze
Sukzession beginnt nicht mit „Störung“ (Schnitt), sondern mit dessen Aufhören ( Begriff Störung)
Grasmassen im Winter zu Boden gedrückt, verfilzen
lichtundurchlässig, mechanisch undurchlässig
Änderung des Bestandesklimas;
dies aber nicht Folge von Artenwandel („reaction“), sondern eines speziellen Ereignisses
Gräser und Wiesenkräuter ( i.d.R. ausdauernd) können Filz durchstoßen
Gehölze nur als Keimlinge zu schwach (zudem Lichtmangel)
Änderung der Artenzusammensetzung (Sukzession), denn
‐ Vorteil, Schnitt zu ertragen, fällt weg
‐ Vorteil der Hochwüchsigkeit allein wichtig
‐ Nutzer von zeitlichen Nischen haben keine Chance mehr
‐ Auch für schattenertragende Pflanzen zu dunkel
Die je nach Standort hochwüchsigsten Arten setzen sich durch
Auf nassen Wiesen (besonders häufig aufgelassen wegen N‐Mangel bei stagnierender Nässe, und weil schwer bearbeitbar): Schilf, Seggen (Carex nigra, C. paniculata …), Filipendula ulmaria u.a.
Niedrige und lichtbedürftige Arten verschwinden
Artenverarmung (statt Zunahme!)
Stabilisierung durch Dominanzeffekt (Inhibition)
Jahrzehntelang oft fast keine Veränderung der Artenkombination
Gehölze oft erst vom Rand her:
‐ ausläuferbildende Arten (Prunus spinosa, Populus tremula)
‐ Gehölze mit niedergebogenen Ästen (Salix aurita, S. cinerea)
folie
Auf aufgelassenen Weiden
Gehölze als Weideunkraut vorhanden (auf Extensivweiden)
Ausläuferbildende Gehölze breiten sich aus
In diesen keimen Gehölze, die sich generativ vermehren müssen (z. B. Crataegus monogyna, die meisten Waldbäume)
Nach wenigen Jahrzehnten geschlossenes Gehölz möglich
Falls Weidedruck nicht sehr hoch:
Beweidung allein verhindert Sukzession nicht, da Tiere manche Gehölzarten stehen lassen
Beispiel Flußaue: darf man von Zonation auf Sukzession schließen?
Folie Ellenberg S. 355
Führt Sukzession von Annuellenflur über … zu Hartholzaue?
(oder gar zur zonalen Vegetation?)
oder
entstehen die Stufen gleichzeitig?
Nach Hochwasser Fluß tief eingegraben
Niveau neuer Kiesbank entspricht Weidenwald
Folgt dann Annuellenflur Kriechrasen Röhricht Weidengebüsch Weidenwald?
Oder sofort Weidenwald?
Unterscheiden: ‐ kommt solche Sukzession überhaupt vor?‐ Sind die realen Vegetationsbestände überwiegend so entstanden?
beginn in der Tat meist mit Annuellen
Aber
Vermeintliche Zwischenstadien (Flutrasen, Röhricht ...) fehlen
Gehölzarten der Weidenwälder können sofort mit Annuellen keimen
= Sequenz des Sichtbarwerdens
Grauerlenwald (Stufe der Weichholzaue)
bereits nach 30 Jahren auf vorher vegetationsfreiem Boden
Wenn nicht durch Hochwasser unterbrochen:
Sukzession von Annuellenflur sofort zu Vegetation entsprechender Stufe
Oder Sukzession besteht nur im Verschwinden der Annuellen, gleichzeitig gekeimte Gehölze bleiben übrig
Oder von Anfang an nur Gehölze
Sukzessionsmechanismen in Aue:
Niedere Stufen:
Keine Bodenerhöhung durch vegetationsbegünstige Schlickablagerung etc.
D. h. keine autogene Sukzession
Niveau wird allein durch Fluß geschaffen (Eintiefung, Aufschüttung)
Höhere Stufen:
Fluß schüttet Boden fast nie bis zu Hartholzstufe auf:
Fließgeschwindigkeit/Transportfähigkeit zu gering
Bodenerhöhung ab Weichholzaue durch Mitwirkung der Pflanzen D. h. auto‐allogene Sukzession, „reaction“
Arten der Hartholzaue vertragen weniger Überflutung
Diese Bedingung von Arten der Weichholzaue geschaffen, diese dann verdrängt
Hier entspricht Sukzession der Zonation
Reale Hartholzauen in Mitteleuropa überwiegend nicht so entstanden:
Durch Grundwasserabsenkung sofort aus tieferen Stufen
(Tiefere Stufen weniger Ablagerungen: Hartholzaue trockener als durch Sukzession entstandene)
Sukzession zur zonalen Vegetation (Klimax, z. B. Buchenwald) findet nicht statt
Hartholzaue bleibt im Einflußbereich der Überschwemmungen
Bodenerhöhung hört auf, wenn keine Überflutung mehr
Dabei bleiben Wurzeln um Einflußbereich des Flusses: Grundwasser
Klimax in (ehemaliger) Aue nur durch Eintiefung
Reste:
Sind Sukzessionen Teil der Funktionsweise von Gesellschaften oder sind sie historische Veränderungen?
Sukzessionen hier verstanden als: alles beobachtbare Aufeinanderfolgen von Arten
2 Extrempositionen:
‐ Alle Sukzessionen sind Teil der Funktionsweise (weil Natur im Gleichgewicht)
‐ alle Sukzessionen sind historische Veränderungen
Mögliche Zwischenposition:
Sukzessionen definitionsgemäß nur solche Prozesse, die Teil der Funktionsweise
Alles andere sind historische Veränderungen
Frage: wenn aber streng genommen nur historische Veränderungen – was ist dann der Sinn von „Sukzession“ als Teil der Funktionsweise?
<<Vorhersagbarkeit daran gebunden>>
Sukzession als Teil der Funktionsweise wäre:
Immer dann, wenn unter Bedingung B Wald W entfernt, stellt sich nach Zeit t1 Gebüsch vom Typ G, nach t2 Vorwald vom Typ V, nach t3 Klimax‐Wald vom Typ K ein
Sukzession ist Abstraktion (von historischer Veränderung),
Prozeß kann dann als wiederholbar beschrieben werden
Wenn aber streng genommen kein Prozeß wiederholbar?
Er muß in den Grenzen eines Typs / einer Klasse bleiben:Gebüsch vom Typ G
Historische Veränderung wäre dann nur, wenn Typ nie wieder kommt
„Gibt“ es Klimaxgesellschaften“?
Aus „Wiederholbarkeit bedeutet: Sukzession muß in den Grenzen eines Typs / einer Klasse bleiben“ folgt:Kritik wie „Es gibt gar keine Klimaxgesellschaft, denn die Lebensgemeinschaft/Vegetation ändert sich genau genommen doch ständig“ so richtig wie falsch:Alles Reale ändert sich ständig„… climax vegetation is an abstract ideal that is, in fact, seldom reached“ (Krebs 2001, S. 424)Falsch:Wenn man meint, das Ideal sei erreicht, wenn sich gar nichts mehr ändert, dann ist es nie erreichtAber wenn sagt: ein bestimmter derfinierter Zustand ändert isch nicht mehr, Dann ist es in beliebig vielen Fällen erreicht:„Kliamx ist Wald“„Klimax ist eine Pflanzengesellschaft“‐ Sofern die Zeit nicht zu lang gewählt wirdOder auch nicht:„Klimax ist die xy‐Variante eines Labkraut‐Heinbuchenwaldes“Aber auch die kann als erreicht gelten, wenn die Zeit entsprechend kurz gewählt wird.
4. Historische Veränderungen
Unterscheiden von zeitlichen Veränderungen, die zur Funktionsweise von (stabilen) Systemen gehören
Historische Veränderungen sind unwiederholbarfolie
Historische Veränderungen führen auch nicht zu feststehenden Zuständen(wenn auch auf immer neuen Wegen)
Streng genommen gibt es nur historische Veränderungen
Übliche Unterscheidung:
‐Paläökologie: „geologische“ Zeiten, Artbildung relevant
‐ Historische Ökologie: „historische“ Zeiten, im allgemeinen seit Eiszeit
skript‐suk.doc einbauen!!!!!
Raumverteilung
Einleitendes zu Integration, s. Kapitel Superorganismen in Bd. 2
Ökologischer Organizismus(Teil des Holismus)
„Zerstörung des Ökosystems“
„das schadet dem Wald“
„das Gewässerökosystem wird beeinträchtigt“
„diese Maßnahme ist ökologisch sinnvoll = gut
für das Ökosystem“
Für viele Ökologen sinnlose Sätze
Entscheidende Frage:auf welche Art von Gegenständen bezogen kann man sinnvoll sagen:„zerstört“, „geschädigt“, „für sie gut“?
Nicht alle Begriffe kann man auf alle Arten von Gegenständen beziehen:
„Gewicht“ nicht auf Gedanken oder Töne
Beispiel Stein
Absplitterung:
Wurde dieser Stein verändert?Oder ist es jetzt ein anderer Stein?
Wenn verändert: ist Veränderung ein Schaden für ihn?
Wenn anderer Stein: ist der erste Stein nun zerstört?
Beispiel Organismus:
Wegnahme von etwas
Organismus bleibt dieser Organismus,erhat sich verändert
So lange er lebt, bleibt er dieserOrganismus
Absolute Identität in der Zeit gibt es in Natur nicht
Analogie zu unserer Identität über die Zeit
Wann wird Wegnahme eines Teils des Organismus als schädlich bezeichnet?
Wenn Prozesse der Selbstreproduktion beeinträchtigtWenn Selbstreproduktion beendet: Zerstörung, und zwar Tod
Bei nicht‐lebendem Ding „Schädigung“, „Zerstörung“ nur durch willkürliche Definition anwendbar
Bei Organismus keine Definitionsfreiheit: man mußfeststellen, ob er tot ist, und richtige Definition finden
(idealtypische Vereinfachung)
Unter Naturdingen: nur auf Organismen Begriffe anwendbar wie „zerstört“, „geschädigt“, „für sie gut“, „intakt “
Welche Art von Gegenständen sind nun Ökosysteme?
Wenn man sagt: „zerstört“, „geschädigt“, „beeinträchtigt“, „intakt“, „für sie gut“,unterstellt man:
Sie sind Organismen (oder etwas von dieser Art)
Oder:
Schaden nur für Nutzer (bei Artefakt)
Wenn Schaden für Nutzer:
Es gibt so viele „intakte“ Ökosysteme wie Nutzungsinteressen,also beliebig viele
Exkurs:
Hier liegt eine Ursache für naturalistischen Fehlschluß in Ökologie:
Wenn Begriffe wie „zerstört“, „intakt“ anwendbar,dann ist Wertung impliziert:
„Schaden“ schließt ein: es soll nicht sein
Aber: Es ist nur Schaden für den Organismus
Gemeint ist Schaden aber meist ethisch: es soll absolut nicht sein
Aber: Organismus zu schädigen kann für anderen Organismus, für einen Nutzer, kann auch absolutgut sein
Für Ökologie aber entscheidend:
ist „gut für ÖKOSYSTEM“ sinnvoll?
denn:dann müßte Ökosystem ein Organismus oder Artefakt sein
Unterschied zu typischem Einzelorganismus natürlich bemerkt:
Teile hängen nicht räumlich zusammen, kein Tod ...
Aber: es gibt noch mehr Dinge von der Art des Organismus („organische Systeme“):
z. B. Insektenstaaten
Wesentliches Merkmal des Organismus:
wechselseitige Erzeugung der Teile und (damit) von Teilen und Ganzem
Typische Vorstellung von Ökosystemen/Lebensgemeinschaften als organische Systeme („Superorganismen“):
Die Teile der Lebensgemeinschaft braucheneinander: (extrem: obligatorische Mutualismen)
Selbstverständlich nicht ganze Lebensgemeinschaft ein obligatorisches mutualistisches System
aber:ohne etwas, das von Gesamtheit der anderen erzeugt, könnte einzelnes Lebewesen nicht existieren
Beispiele:
Waldbodenpflanze braucht bestimmten Wald:
nicht bestimmte Baumart, aber außerhalb eines bestimmten Waldtyps kann sie nicht vorkommen
Kommt immer zusammen mit bestimmten anderen Pflanzen vor
Baum braucht Waldbodenpflanze nicht
Aber:Außerhalb von Wäldern, in denen diese Bodenpflanze vorkommt, kommt Baumart nicht vor
Beute braucht Räuber‐Art nicht
Aber:sie kommt vielleicht nur in Lebensgemeinschaft vor, wo die Räuber‐Art auch vorkommt
Schlußfolgerung:
Auf Umwegen sind Arten aneinander gebunden
Wald als Ganzes schafft Bedingungen für seine Arten:
Mikroklima, Boden ...
Organismen einer Lebensgemeinschaft „stehen nicht unvermittelt nebeneinander, sondern sind durch die mannigfachsten Beziehungen aneinander gebunden“ (Thienemann 1944, 568).
Diese Vorstellung vor allem ausgearbeitet in Form von Sukzessionstheorien
„Bindung“ durch Nischendifferenzierung in Konkurrenz
nur negativ:
gemeinsames Vorkommen nicht mit allen Arten möglich
Räuber‐Beute‐Beziehungen(Generalisten Spezialisten)
Bindung einseitig
Mutualismus(fakultativ obligatorisch)
Bindung wechselseitig
Behauptung:
Wechselseitige funktionale Abhängigkeit nimmt im Laufe der Sukzession zu
Pionierarten haben kaum oder gar keine Beziehungen untereinander
Dann: Zunahme der Individuen‐ und Artenzahlen Konkurrenz
Interaktionen zwischen Individuen spielen keine Rolle, solange Individuen noch weitgehend vereinzelt
Erst bei größerer IndividuendichteBeziehungen zwischen ihnen, zunächst Konkurrenz
Pioniergesellschaft
‐ zufällig zusammengewürfelt,
‐ keine bestimmten Kombinationen
‐ keine positiven Beziehungen zueinander,
Aber: was nicht zu anderen paßt, wird durch Konkurrenz ausgeschieden
ist zunächst nur negative Auslese, kein Sich‐gegenseitig‐Bedingen der Übrigbleibenden
In späten Sukzessionsstadien schließlich positive Interaktionen,
damit funktionale Abhängigkeiten
(einseitige, schließlich wechselseitige)
Alle Stadien (außer Pionierstadien) sind von vorhergehenden Stadien abhängig
Frühe Arten verändern Standort,schaffen dadurch Standortbedingungen, die für sie selbst ungünstig,aber günstig für einwandernde Arten späterer Sukzessionsstadien
Ablösung von Stadien: „facilitation“, „reaction“
(die) Arten jedes Stadiums (außer Klimax) erfüllen (notwendige) Funktionen für die Erreichung (aller) späteren Stadien
= einseitiges Bedingungsverhältnis
Vorgänger nicht gebunden an Nachfolger, aber umgekehrt schon
Ablösung geht weiter, bis sich Artenkombination einstellt,die die Umwelt nicht mehr so verändert, daß Arten dieser Kombination ausgeschlossen werden
Birke schließt Himbeere aus, Buche kann mit Waldmeister koexistieren
stabiles Endstadium, „Klimax“
Jede Art verhält sich so,daßUmwelt‐Bedingungen aller anderen Arten erzeugt werden und erhalten bleibens
Klimax
Zu geeigneten Bedingungen jeder Art trägt Gesamtheit aller bei: mehr oder weniger jede Art nötig für jede
Hervorbringen (der Existenzbedingungen) eines jeden Teils durch jeden anderen= wechselseitiges Hervorbringen der Teile, damit der Teile und des Ganzen
Das heißt: (Klimax‐)Lebensgemeinschaft erfüllt Definition des Organismus
„Jede Lebensgemeinschaft bildet mit dem Lebensraum, den sie erfüllt, eine Einheit, und zwar eine in sich oft so geschlossene Einheit, daßman sie gleichsam als einen Organismus höherer Ordnung bezeichnen kann.” (Thienemann 1916)
Jede Art hat (wie ein Organ) Funktion für jede und (damit) für die Gemeinschaft,
und nur in der Gemeinschaft kann sie die Funktion ausüben,
den nur in dieser Gemeinschaft kann sie leben
Arten, die nicht an Gemeinschaft gebunden: Sonderfälle
Sind wirklich die Einzelorganismen die Organe?
Nein: Einzelorganismen nicht notwendig, werden ausgetauscht (vergleichbar den Zellen)
Artenmanchmal notwendig, manchmal nicht (vergleichbar den Zelltypen)
Aber:
Einzelorganismen bildenmit anderen Organismen zusammen (notwendige) Organe
Etwa: Gruppe der Produzenten, Destruenten
Üben (unverzichtbare?) Funktionen für Lebensgemeinschaft aus
Superorganismus‐Auffassung bedeutet
Umdeutung des Sukzessionsbegriffs:
Sukzession = Aufeinanderfolge von Arten
In organizistischen Auffassungen:
Zustandsveränderungeiner Einheit
Eine sich entwickelnde Einheit tauscht ihre Teile (Arten) aus, um Organeauszubilden oder zu erhalten
Das heißt:
gedeutet als Ent‐Wicklung =Ent‐Faltung von „Anlagen“
Wenn entfaltet, keine Veränderung mehr
Entfalteter Zustand ist Ziel
Sukzession kann als gelungen/mißlungen bezeichnet werden
Wie muß Arten‐Austausch gedacht werden, wenn Sukzession alsEnt‐Wicklunggedacht werden soll?
‐Wie kann durch Veränderung ein Zustand ohne Veränderung (Klimax)entstehen?
‐Wie kann man denken, daß im Anfangszustand der Endzustand bereits „angelegt“?
d. h. Ende steht schon am Anfang fest, sofern Entwicklung normal verläuft
„Normal“ nicht Durchschnitt, sondern der Norm entsprechend
(Lebensgemeinschaft hat ja kein genetisches Programm und keinen Geist)
Veränderung wird als aktiver Artenaustausch gesehen
Artenaustausch geschieht so, daß die Einheit differenzierter wird:
Differenzierung mehr Funktionen werden möglich
Organizistische Interpretation der Differenzierung:
Die Einheit differenziert sich (ihre innere Struktur), um bestimmte Funktionen für sich zu erfüllen
Diese Funktionen sind alle Beitrag zu der Funktion:
sich als Einheit optimal an Umwelt anzupassen und dadurch zu überleben
Differenzierung bedeutet:
‐ Artenzahl nimmt zu
‐ Funktionale Beziehungen nehmen zu
‐ Von negativen zu positiven Beziehungen
Abhängigkeiten der Arten voneinander nehmen zu
Organizistische Interpretation:
Arten werden aufgenommen, weil sie diese Anforderungen erfüllen
Zwar auch, weil sie da ihre Bedingungen finden („egoistisch“),
aber die Bedingungen stellt ihnen die Lebensgemeinschaft mittels der schon anwesenden Arten,
weil sie diese einwandernden Arten braucht
Bedeutung der Anpassung
Erstbesiedlung hängt ab vom Zufall desZuerst‐Eintreffens
Erstbesiedlung hängt ab von denabiotischen Standortfaktoren
anfangs Arten nur einzelnangepaßt und an abiotische Umwelt (Standort) angepaßt
Sukzession:Arten zunehmend aneinanderangepaßt (sie
sind füreinander Umwelt)
Lebensgemeinschaft paßtStandort an ihre zukünftige eigene Beschaffenheit an:
Frühere Arten schaffen Bedingungen für Arten des nächsten Stadiums (facilitation, reaction)
Lebensgemeinschaft paßtUmwelt an sich an
Lebensgemeinschaft macht sich dadurch von Außendetermination unabhängig
Wird ermöglicht auch dadurch, daß später aufgenommene Arten „höherwertig“ (K‐Strategen).
K‐Strategen sind als Organismen und als Populationen ebenfalls von Außenwelt unabhängig
Aus Anpassung der Umweltfaktoren an die Erfordernisse der Lebensgemeinschaft folgt:
es gibt nur eineKlimaxgemeinschaft: Monoklimaxtheorie
Lebensgemeinschaft kann aber nicht alle Umweltfaktoren an sich anpassen:
nicht das Großklima
für jedes Großklima gibt es eine andereMonoklimax‐Gesellschaft
Lebensgemeinschaft paßt sich an das an der Umwelt an, was sie nicht beeinflussen kann: Großklima
= bleibende Außendetermination
Gleichgewichts‐Deutung der Sukzession:
Sukzession schreitet deshalb voran, weil Klima und Vegetation nichtim Gleichgewicht
Schreitet solange voran, bis Gleichgewicht.
Klima ist äußerer Maßstab, an dem Entwicklung von Lebensgemeinschaften gemessen wird
Klima setzt die Norm
Organizistische Theorie impliziert:
Umweltbegriff zerfällt in zweigrundverschiedeneBegriffe :
Kleinräumig differierende Umweltfaktoren des Ortes,
die die Lebensgemeinschaft ansichanpaßt
Das Großklima,
auf das die Lebensgemeinschaft keinen Einfluss hat und
an welchessich die Lebensgemeinschaft im Verlaufe ihrer Entwicklung anpaßt
Gegenposition zum Organizismus(steckte schon im Darwinismus)
Gleason, „individualistic concept“
Es gibt gar keine aneinander gebundenen Arten im Sinne von Gemeinschaften,sondernunabhängig existenzfähige Einzelne
Artenkombination an einem Ort erklärt sich durch‐ Zuwanderungs‐Zufälle‐ Eignung für den jeweiligen Standort(im Organizismus gilt dies nur für Pioniergesellschaften)
Andere Deutung der Sukzession:richtungsloses Geschehen von Zuwanderung, Standortauslese, Verdrängung, kein Klimaxstadium
Folge:
Begriffe wie Zerstörung, Schaden, gut für, intakt
bezogen auf Ökosysteme beziehungsweise Gesellschaften nicht anwendbar
Es gibt die Lebensgemeinschaft/das Ökosystem als sich selbst erhaltende Einheit nicht,
so daß Ausrottung einer Art indirekt Schaden für alle sein könnte
Wenn kein Selbstzweck (Selbsterhaltung):
„intakt“ kann nur auf äußeren Zweck bezogen werden
Ökosystem erfüllt nach Herbizidbehandlung Zweck des Bauern,
vorher Zweck des Naturschützers:
Kein Zustand ist intakt an sich
Praktische Konsequenzen
Organismische Sichtweise:
Extremform: jeder Eingriff ist zerstörerisch, da ja alles benötigt wird fürs Ganze
Schwächere Form: begrenzte Zahl von Eingriffsmöglichkeiten
Dagegen individualistische Sichtweise:
So viele Gestaltungsmöglichkeiten wie Kombinationsmöglichkeiten von Organismenarten
OrganismischeSichtweise: Planer muß immer erst Ökologen fragen
Individualistische Sichtweise:allenfalls fragen, wie, nicht ob
Bedeutung organismischer Sichtweise für Naturschutz:
keine eigenen Naturschutz‐Begründungen für einzelne Arten nötig
Bedeutung von allen Einzelnen durch Unverzichtbarkeit im Ökosystem gegeben
Heute:
beide klassische Positionen in modernisierter Form,und viele Zwischenpositionen
Möglichkeiten für Zwischenpositionen:
(1) Jede Gesellschaft liegt in der Mitte
(2) Manche Gesellschaften sind individualistisch, manche organismisch
(3) Es liegt an der Brille(paradigmatischer Unterschied)
Zu (1) Hierarchie ökologischer Einheiten
{Folie Atom ...‐> Sonnensystem}
Hauptnutzen: Konzentration auf eine Ebene: Differenzierung darunter vernachlässigbar.
Denn: Untere Ebene in oberer Ebene so zusammengefaßt, wie sie hier interessiert:
Man kann sich sinnvoll mit Organismus‐Organ‐Beziehungen befassen, ohne über Organe, Zellen, Moleküle ... zu forschen.
Probleme
Prinzip: immer das Untere im Oberen: enkaptische Hierarchie (nestedhierarchy)
Oberes enthält immer räumlich ein Unteresundetwas anderes,
z. B. noch mehr Untere oder etwas Zusätzliches:
Gesellschaft mehrere PopulationenÖkosystem Gesellschaft und Umwelt
Aber:a) Kopf enthält räumlich Hirn ‐ enthält er auch Gedanken? (gleicher Gedanke kann "in" Kopf und "in" Buch sein) (Wesen des Gedankens ist nicht räumlich)b) Erde "umfaßt" Menschen aber gehören Gefühle, Gedichte, Börsenkurse zur "Erde" oder "System Erde"?
Es gibt Ebenen, die nichts mit Ebene der räumlichen Schachtel‐Hierarchie zu tun haben
"Dinge" gehören exklusiven Welten an
Geldstück als Metall und als Wert:
Als Metall ist es bestimmter Gegenstand (z. B. Haufen);als Wert ist es ganz anderer Gegenstand (z. B. 100.‐):
Münzsorte wird entwertet Metall‐Gegenstand bleibt unverändert; als Wert ist Geld verschwunden
Entsprechend: Bild als Farben‐Ding und als Kunstwerk
Wissenschaften konstituieren exklusive Welten:
Wissenschaften haben Begriffe, die in anderen Wissenschaften nicht vorkommen können
Psychologie: Vorstellungen von Bäumen, nicht Bäume;
Politologie: Parlamente;
Biologie: Parlament = Ansammlung von Säugetier‐KörpernFür Biologie gibt es nicht so etwas wie Änderungsanträge
Systemhierarchie muß in einer Ebene bleiben
z. B.
Gesellschaft‐Umwelt‐System [s. Folie]
fällt raus
Gesellschaft besteht nicht aus Organismen oder Populationen, sondern z. B. aus Kommunikationen
oder aus Subsystemen, die u. a. durch Zahlungshandlungen konstituiert
oder:
"Organismus" könnte man denken als etwas, das Absichten verfolgt oder als etwas, das einen Preis hat, oder schön aussieht ...
So gesehen gehört Organismus nicht als Untersystem dem Obersystem Ökosystem an
(sondern nur hinsichtlich bestimmter Eigenschaften: Biomasse, Nahrungskonkurrenz ...).
Als etwas mit Eigenschaft "Preis" gehört Organismus nicht Ökosystem, sondern Wirtschaftssystem an
Population schließt nicht Organismen als solche ein(z. B. Organismus, insofern er Vorstellungen und Gefühle hat, einen Preis hat, schön aussieht ...)Aber:Vorstellungen oder Gefühle sind zu berücksichtigen als Faktoren, die Strukturen der Population beeinflussen, z. B. über Sexualität
Allerdings nicht als Gefühle usw.
unterscheiden:
ökologische Gegenstände (nur diese bilden Gegenstandsbereich der Ökologie)
ökologisch relevante Gegenstände (beeinflussen ökologische Gegenstände, müssen selbst aber keine ökologischen Gegenstände sein)
ökologisch beeinflusste Gegenstände(müssen selbst nicht ökologische Gegenstände sein)
gegebenenfalls Ebenenwechselerforderlich
Zusammenfassung:
Systeme (auch Ökosysteme) bestehen nicht aus konkreten, "ganzen" Dingen, mit all ihren Eigenschaften,
sondern sind Abstrakta, bestehen aus Dingen im Hinblickauf bestimmte Eigenschaften betrachtet,unter Absehung von allen anderen.
Gesellschaftssystem besteht nicht aus Menschen,
Ökosystem besteht nicht aus Tieren etc.Nicht aus Tier x auch in seiner Eigenschaft, mit Tier y entfernt verwandt zu sein, sondern aus Tier x z. B. nur in seiner definierten Eigenschaft, pro Zeiteinheit z kg der Biomasse von Tier y zu konsumieren.