Ökologische Gemeinschaften

EcologicalCommunities: Netzwerke interagierender Arten

Wir möchten lernen:

• Was ist eine ökologische Gemeinschaft und welche Arten von Interaktionen finden darin statt?
• Wie wichtig sind die verschiedenen Kategorien von Arteninteraktionen, einschließlich Mutualismen, Kommensalismen, Konkurrenz und Prädation?
• Welche Arten von Interaktionen zwischen Artenwerden wichtig, wenn sich viele Arten gegenseitig beeinflussen?
• Welche Konsequenzen haben diese Interaktionen für die Biodiversität?

26.10.2008

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Arteninteraktionen, Nahrungsnetze und ökologische Gemeinschaften

Eine ökologische Gemeinschaft ist definiert alseine Gruppe von tatsächlich oder potenziell interagierenden Arten, die am selben Ort leben. Eine Gemeinschaft ist durch das Netzwerk von Einflüssen, die Arten aufeinander haben, miteinander verbunden. Inhärent in dieser Ansicht ist die Vorstellung, dass whateverbeeinflusst eine Spezies wirkt sich auch auf viele andere – das „Gleichgewicht der Natur“.Wir bauen ein Verständnis von Gemeinschaften auf, indem wir die wechselseitigen und dann die mehrseitigen Interaktionen untersuchen, an denen Artenpaare oder viele Arten beteiligt sind.

type of interaction	sign	effects
mutualism	+/+	both species benefit from interaction
commensalism	+/0	one species benefits, one unaffected
competition	-/-	each species affected negatively
predation, parasitism, herbivory	+/-	one species benefits, one is disadvantaged

Food webs are graphical darstellungen der Verbindungen zwischen den Arten basierend auf dem Energiefluss . Energie tritt durch die photosynthetische Fixierung von Kohlenstoff durch grüne Pflanzen in dieses biologische Lebensnetz am unteren Rand des Diagramms ein. Viele Nahrungsnetze gewinnen auch Energieeinträge durch die Zersetzung organischer Stoffe, wie z. B. zersetzende Blätter auf dem Waldboden, die von Mikroben unterstützt werden. Riverfood-Netze in bewaldeten Quellbächen sind gute Beispiele dafür.

Energie bewegt sich durch Verbrauch von niedrigeren zu höheren trophischen (Fütterungs-) Ebenen: pflanzenfresser fressen Pflanzen, Raubtiere fressen Pflanzenfresser und können wiederum von Top-Raubtieren gefressen werden. Einige Arten ernähren sich auf mehr als einer tropischen Ebene und werden daher als Allesfresser bezeichnet. Abbildung 1 zeigt ein vereinfachtes Modell eines solchen Nahrungsnetzes.

Verallgemeinertes Nahrungsnetz. Ein Nahrungsnetz ist eine Ansammlung von Organismen, einschließlich Produzenten, Konsumenten und Zersetzern, durch die sich Energie und Materialien in einer Gemeinschaft bewegen können

Wir können dieses Nahrungsnetz in zwei betrachtenwegen. Es kann ein Diagramm des Energieflusses (Kohlenstoff) von Pflanzen zuherbivoren zu Fleischfressern und so weiter. Wir werden diesen Ansatz verfolgen, wenn weex Energyflow in Ökosystemen implementiert. Darüber hinaus können Mitglieder von afoodweb über eine der vier oben genannten Interaktionstypen miteinander interagieren. Eine Interaktion zwischen zwei Arten in einem Teil des Netzes kann Arten in einiger Entfernung beeinflussen, abhängig von der Stärke und dem Zeichen der Verbindungen. Oft hat das Hinzufügen einer Art (wie wenn eine exotische Art in ein neues Gebiet eindringt) oder das Entfernen einer Art (wie bei einem lokalen Aussterben) überraschend weitreichende Auswirkungen auf viele andere Arten. Dies liegt an den komplexen Verbindungen von Arten in ökologischen Netzen.

Ökologen verwenden die folgenden Begriffeum verschiedene Kategorien der Auswirkungen einer Veränderung (in Fülle oder Anwesenheit vs Abwesenheit) einer Art auf eine andere zu beschreiben.

1. Direkte Effekte beziehen sich auf die Auswirkung des Vorhandenseins (oder der Änderung der Häufigkeit) von Spezies A auf Spezies B inzwei-Arten-Interaktion.
2. Indirekte Effekte beziehen sich auf den Einfluss des Vorhandenseins (oder der Veränderung der Häufigkeit) von Art A auf Art C über eine Zwischenart (A –> B –> C).
3. Kaskadierende Effekte sind solche, diedehnen sich über drei oder mehr trophische Ebenen und können von oben nach unten (predator–> herbivore –> plant) oder von unten nach oben (plant –> herbivore –> Raubtier).
4. Keystone-Arten sind solche, dieproduzieren starke indirekte Effekte.

Das Keystone species Concept isteine der bekanntesten Ideen in der Gemeinschaftsökologie. Obwohl esistwahr, dass viele Arten potenziell in einem Nahrungsnetz wie in Abbildung 1 dargestellt miteinander interagieren, gibt es in der Natur große und kleine Spieler. Die größten Spieler von allen werden als Keystone Species bezeichnet. Dies ist eine Art, deren Anwesenheit oder Abwesenheit oder erhebliche Zunahme oder Abnahme der Häufigkeit andere Arten in der Gemeinschaft tiefgreifend betrifft. Der Nachweis stammt normalerweise aus Experimenten, bei denen eine Art zu einer Gemeinschaft hinzugefügt oder aus dieser entfernt wird. Der Name leitet sich vom Mittelstein abein Bogen, der sein Gewicht durch nach innen geneigte Steine trägt. Removalof der Keystone bewirkt, dass der Bogen zu kollabieren.

In der felsigen Gezeitenzone des Bundesstaates Washington und in anderen ähnlichen Gebieten wurden Seesterne als Schlüsselarten gezeigt Die gesamte Gemeinschaft lebt auf relativ vertikalen Felswänden in der Wellensweeptinter-Gezeitenzone. Die Gemeinschaft der wirbellosen Meerestiere und Algensind angepasst, um sich an die Felswand zu klammern oder daran zu haften, wo sich die meisten von dem im Wasser schwebenden kleinen Tierleben (Plankton) ernährten. Eine Muschel, die Muschelmytilus, ist überlegen bei der Befestigung an Felswänden, so dass es die competitivedominant. Ein Seestern (Pisaster) ist ein wirksamer Räuber der Muscheln, der anderen Arten Platz zur Verfügung stellt und daher für die Erhaltung einer vielfältigen biologischen Gemeinschaft von entscheidender Bedeutung ist.

Es sind Fälle bekannt, in denen ein Räuberso stark unterdrückt seine Beute (Pflanzenfresser), dass die trophische Ebene darunter(Pflanzen) davon profitiert, weil sie vom Druck der Pflanzenfresser befreit ist. Solche „Top-Down“ -trophischen Kaskaden, bei denen die Gemeinschaft je nach Raubtierreichtum mehr oder weniger “ grün“ aussieht, sind in Seen bekannt. Wir kennen auch Beispiele, bei denen die Düngung eines Systems, das das Pflanzenwachstum erhöht, zu mehr Raubtieren führt, durch die Zunahme des Überflusses an Pflanzenfressern. Dies ist eine „Bottom-up“ -trophische Kaskade.

Unser Verständnis dieser komplexen Arteninteraktionen gibt dem populären Ausdruck, dem „Gleichgewicht der Natur“, Substanz. Man kann auch erkennen, wie eine vom Menschen verursachte Entfernung einer Art (ein Aussterben) oder die Hinzufügung einer Art (Invasion einer Gemeinschaft durch eine nicht einheimische Art) zu Schäden an vielen zusätzlichen Arten führen kann, ein Thema, das wir im zweiten Semester betrachten werden.

Wir werden eine umfassendere Wertschätzung der komplexen, vielseitigen Interaktionen zwischen den Arten gewinnen, wenn wir diese Vortragsreihe durchlaufen. Wir können jedoch die Komplexität dieser Mehrwege-Interaktionen voll und ganz einschätzen, es ist hilfreich, zuerst die Nuancen der verschiedenen Zweiwege-Interaktionen zu verstehen. Wir werden unser Verständnis von Arteninteraktionen in ökologischen Gemeinschaften auf der Grundlage dieser Bausteine weiterentwickeln.

Mutualistische Interaktionen

Ein Mutualismus ist eine Interaktion, von der beide Seiten profitieren. Bestäubung ist eine gemeinsame gegenseitige Interaktion. Die Pflanze erhält Gametentransfer, das Tier bekommt Nektar (und auch Pollen). Fakultative Mutualismen sind vorteilhaft, aber nicht wesentlich für das Überleben und die Reproduktion einer der Parteien. Obligatemutualismen sind solche, die für das Leben eines oder beider Mitarbeiter wesentlich sind.Wir werden ein Beispiel von jedem untersuchen.

Ein faszinierender fakultativer Mutualismus umfasst das afrikanische Volk der Boran und einen Vogel, der als Honigführer bekannt ist.Laut Felsmalereien haben Menschen in Afrika Honig gesammelt20.000 Jahre. HUmanjagdparteien werden oft vom greaterhoneyguide (Indikator-Indikator) begleitet, der sie zu Bienenvölkern führt.In unbekannten Gebieten betrug die durchschnittliche Suchzeit 8,9 Stunden, wenn sie nicht geführt wurde, aber nur 3,2 Stunden, wenn sie vom Vogel geführt wurde. Borans verwenden Feuer und Rauch, um die Bienen abzutreiben, das Nest aufzubrechen und den Honig zu entfernen, aber Larven und Wachs zurückzulassen. Der Vogel erhält Zugang zu Larven und Wachs. Die Verwendung von Feuer und Rauch verringert das Risiko des Vogels, gestochen zu werden, und der Mensch erhöht die Zugänglichkeit von Nestern. Laut den Borans informiert der Honeyguide sie über: Richtung, von der Kompasspeilung des Vogelfluges; Entfernung, von der Dauer des Verschwindens des Vogels und Höhe des Barsches; undankunft, durch den „Indikatoraufruf“. Vögel und Borans können ohne überlebender andere, aber jeder profitiert von dieser fakultativen Gegenseitigkeit.

Eine Gegenseitigkeit zwischen bestimmten Ameisen und einem kleinen Baum, der Akazie, ist ein hervorragendes Beispiel für eine obligatorische Gegenseitigkeit. Dieses spezielle System wurde ausgiebig studiertin Costa Rica. Die Akazie bietet eine Reihe von Vorteilen für die Ameisen, einschließlichschutz (hohle Dornen), Protein (Beltian Körper an der Spitze der Blättchen), Nektar (abgesondert in der Nähe der Basis der Blätter). Die Ameise (Pseudomyrmex) bietetmehrere Formen des Schutzes. Es greift an und entfernt pflanzenfressende Insekten, Es entfernt auch Reben, die die Akazie überwachsen könnten, und tötet die wachsenden Triebe von Pflanzen in der Nähe, die Konkurrenten werden könnten. Es entfernt Leaflitter aus der Nähe der Pflanze, und da die Akazie in einer saisonal trockenen Umgebung wächst, wo sie gelegentlich durch Feuer bedroht ist, schützen die Aktivitäten der Ameise den Baum auch vor Feuerschäden.

Pseudomyrmex-Ameisenangriffein Katydid auf einer Akazienpflanze platziert

Viele andere Beispiele für Gegenseitigkeitenkann Ihnen vertraut sein.

• Darmsymbionten in Pflanzenfressern: Säuger können Cellulose nicht verdauen
• Endosymbiose und der Ursprung eukaryotischer Zellen: es wird angenommen, dass Mitochondrien, Flagellen und Chloroplasten von freilebenden Bakterien abgeleitet sind
• Bestäubungssysteme
• der Korallenpolyp und sein Endosymbiont“Alga“ (eigentlich ein Dinoflagellat)

Kommensalismus

Wenn eine Art davon profitiert und die andere Art weder davon profitiert noch geschädigt wird, ist die Interaktion „+/0“. Im Südosten der USA und in Südamerika ist es üblich, Reiher in Viehweiden zu sehen. Sie folgen dem Vieh und fressen Insekten, die vertrieben werden odergezwungen zu fliegen, während Rinder auf dem Feld grasen. Man könnte annehmen, dass Reiherrinder profitieren, indem sie Insekten verzehren, die mit Kühen um Nahrung konkurrieren könnten.Die Interaktion wäre ein Mutualismus, wenn dies demonstriert würde (aber es scheint ein bisschen weit hergeholt). Da dies für das Vieh nicht von Vorteil ist, handelt es sich um eine commensalism.It wie dieses Beispiel zeigt, ist es oft der Fall, dass wir nicht sicher sind, ob die Interaktion „+/ O“ oder „+/+“ ist.

Der Clownfisch und die Anemone illustrierendieser Punkt. Der Clownfisch versteckt sich vor Feinden in den stechenden Tentakeln einer Seeanemone, gegen die der Clownfisch immun ist. Einige berichten von dieser Interaktion als Gegenseitigkeit und argumentieren, dass der Clownfisch Essensreste in den Mund der Anemone fallen lässt. Sorgfältige Studien haben nicht viel Unterstützung für irgendeinen Nutzen für die Anemone gefunden, so dass dies ein Kommensalismus zu sein scheint.

Zusammenfassung

Arteninteraktionen innerhalb ökologischer Netze umfassen vier Haupttypen von wechselseitigen Interaktionen: Gegenseitigkeit, Kommensalismus, Wettbewerb und Prädation (einschließlich Pflanzenfresserei und Parasitismus). Aufgrund der vielen Verbindungen zwischen Arten innerhalb eines Nahrungsnetzes können Veränderungen an einer Art weitreichende Auswirkungen haben. Wir werden als nächstes Wettbewerb und Prädation untersuchen und dann zu einer Betrachtung komplizierterer indirekter und kaskadierender Effekte zurückkehren.

Messvorschläge

Purves, W.K., G.H. Orians und H.C.Heller. Leben: Die Wissenschaft der Biologie. Sinauer, Sunderland MA.