Ökologische Nische - Ecological niche

Der flugunfähige Mistkäfer besetzt eine ökologische Nische: die Ausbeutung von Tierkot als Nahrungsquelle.

In der Ökologie ist eine Nische die Anpassung einer Art an eine bestimmte Umweltbedingung. Es beschreibt , wie ein Organismus oder eine Population reagiert auf die Verteilung von Ressourcen und Konkurrenten (zum Beispiel durch wachsende , wenn Ressourcen reichlich vorhanden sind, und wenn Räuber , Parasiten und Krankheitserreger sind rar) und wie es wiederum verändert die gleichen Faktoren (zB Begrenzung Zugang zu Ressourcen durch andere Organismen, die als Nahrungsquelle für Räuber und als Beutefresser dienen). „Die Art und Anzahl der Variablen, die die Dimensionen einer Umweltnische ausmachen, variieren von einer Art zur anderen [und] die relative Bedeutung bestimmter Umweltvariablen für eine Art kann je nach geografischem und biotischem Kontext variieren.“

Eine Grinnellsche Nische wird durch den Lebensraum einer Art und die damit einhergehenden Verhaltensanpassungen bestimmt . Eine eltonische Nische betont, dass eine Art nicht nur in einer Umgebung wächst und darauf reagiert, sondern auch die Umgebung und ihr Verhalten während ihres Wachstums verändern kann. Die Hutchinsonsche Nische verwendet Mathematik und Statistik, um zu erklären, wie Arten innerhalb einer bestimmten Gemeinschaft koexistieren.

Das Konzept der ökologischen Nische ist von zentraler Bedeutung für die ökologische Biogeographie , die sich auf räumliche Muster ökologischer Gemeinschaften konzentriert. „Artenverteilungen und ihre Dynamik im Laufe der Zeit resultieren aus den Eigenschaften der Art, Umweltvariationen... andere Arten." Die Veränderung einer ökologischen Nische durch ihre Bewohner ist das Thema des Nischenbaus .

Die Mehrheit der Arten existiert in einer standardmäßigen ökologischen Nische und teilt Verhaltensweisen, Anpassungen und funktionelle Merkmale ähnlich den anderen eng verwandten Arten innerhalb derselben breiten taxonomischen Klasse, aber es gibt Ausnahmen. Ein führendes Beispiel für eine nicht standardmäßige Nischen füllende Art ist der flugunfähige, bodenbewohnende Kiwi von Neuseeland, der sich von Würmern und anderen Bodenlebewesen ernährt und sein Leben in einer säugetierähnlichen Nische lebt. Inselbiogeographie kann Insel Arten und die damit verbundene ungefüllt Nischen helfen erklären.

Grinnellsche Nische

Die ökologische Bedeutung von Nische kommt von der Bedeutung von Nische als Nische in einer Wand für eine Statue, die ihrerseits wahrscheinlich vom mittelfranzösischen Wort Nischer abgeleitet ist , was Nisten bedeutet . Der Begriff wurde von dem Naturforscher Roswell Hill Johnson geprägt, aber Joseph Grinnell war wahrscheinlich der erste, der ihn 1917 in einem Forschungsprogramm in seiner Arbeit "Die Nischenbeziehungen des kalifornischen Thrashers" verwendet hat.

Das Grinnellsche Nischenkonzept verkörpert die Idee, dass die Nische einer Art durch den Lebensraum, in dem sie lebt, und die damit einhergehenden Verhaltensanpassungen bestimmt wird . Mit anderen Worten, die Nische ist die Summe der Lebensraumanforderungen und Verhaltensweisen, die es einer Art ermöglichen, zu bestehen und Nachkommen zu produzieren. Zum Beispiel stimmt das Verhalten des kalifornischen Thrashers mit dem Chaparral- Lebensraum überein, in dem er lebt – er brütet und ernährt sich im Unterholz und entkommt seinen Raubtieren, indem er von Unterholz zu Unterholz schlurft. Seine "Nische" wird durch die gelungene Ergänzung des Verhaltens und der körperlichen Merkmale des Thrashers (Tarnfarbe, kurze Flügel, starke Beine) mit diesem Lebensraum definiert.

Die Grinnellsche Nische kann als „Bedürfnis“-Nische oder als ein Bereich beschrieben werden, der die Umweltanforderungen für das Überleben eines Organismus erfüllt. Die meisten Sukkulenten sind in trockenen, trockenen Regionen wie Wüsten beheimatet und benötigen viel Sonneneinstrahlung.

Grinnellsche Nischen können durch nicht-interaktive (abiotische) Variablen und Umweltbedingungen auf breiter Ebene definiert werden. Interessante Variablen in dieser Nischenklasse sind Durchschnittstemperatur, Niederschlag, Sonneneinstrahlung und Geländeaspekte, die zunehmend über räumliche Skalen zugänglich sind. Die meiste Literatur hat sich auf Ginnellsche Nischenkonstrukte konzentriert, oft aus klimatischer Perspektive, um Verbreitung und Häufigkeit zu erklären. Aktuelle Vorhersagen über die Reaktion von Arten auf den Klimawandel beruhen stark auf der Projektion veränderter Umweltbedingungen auf die Artenverteilung. Es wird jedoch zunehmend anerkannt, dass der Klimawandel auch die Interaktionen zwischen den Arten beeinflusst und eine eltonische Perspektive bei der Erklärung dieser Prozesse von Vorteil sein kann.

Diese Nischenperspektive lässt sowohl ökologische Äquivalente als auch leere Nischen zu. Ein ökologisches Äquivalent zu einem Organismus ist ein Organismus aus einer anderen taxonomischen Gruppe, der ähnliche Anpassungen in einem ähnlichen Lebensraum aufweist, ein Beispiel sind die verschiedenen Sukkulenten, die in amerikanischen und afrikanischen Wüsten gefunden werden, Kakteen bzw. Euphorbien . Als weiteres Beispiel sind die Anole- Eidechsen der Großen Antillen ein seltenes Beispiel für konvergente Evolution , adaptive Strahlung und die Existenz ökologischer Äquivalente: Die Anole-Eidechsen entwickelten sich unabhängig voneinander in ähnlichen Mikrohabitaten und führten auf allen vier Inseln zu den gleichen Ökomorphen .

Eltonische Nische

1927 definierte Charles Sutherland Elton , ein britischer Ökologe , eine Nische wie folgt: "Die 'Nische' eines Tieres bedeutet seinen Platz in der biotischen Umgebung, seine Beziehung zu Nahrung und Feinden ."

Elton klassifiziert Nischen nach Nahrungssuche Aktivitäten ( „Ernährungsgewohnheiten“):

Da ist zum Beispiel die Nische, die von Greifvögeln gefüllt wird, die kleine Tiere wie Spitzmäuse und Mäuse fressen. In einem Eichenwald wird diese Nische von Waldkauz ausgefüllt , während sie im offenen Grasland von Turmfalken besetzt ist . Die Existenz dieser Fleischfresser-Nische hängt auch davon ab, dass Mäuse in vielen verschiedenen Verbänden eine bestimmte Pflanzenfresser-Nische bilden, obwohl die tatsächlichen Mäusearten durchaus unterschiedlich sein können.

Biberdamm in Hessen, Deutschland. Durch die Ausbeutung der verfügbaren Holzressourcen beeinflussen Biber die biotischen Bedingungen für andere Arten, die in ihrem Lebensraum leben.

Konzeptionell führt die Eltonsche Nische die Idee der Reaktion einer Spezies auf und der Wirkung auf die Umwelt ein. Im Gegensatz zu anderen Nischenkonzepten wird betont, dass eine Art nicht nur in einer Umgebung wächst und darauf reagiert, die auf verfügbaren Ressourcen, Raubtieren und klimatischen Bedingungen basiert, sondern auch die Verfügbarkeit und das Verhalten dieser Faktoren während ihres Wachstums ändert. In einem extremen Beispiel benötigen Biber bestimmte Ressourcen, um zu überleben und sich fortzupflanzen, aber sie bauen auch Dämme, die den Wasserfluss in dem Fluss, in dem der Biber lebt, verändern. Somit beeinflusst der Biber die biotischen und abiotischen Bedingungen anderer Arten, die in und in der Nähe der Wasserscheide leben. In einem subtileren Fall können Konkurrenten, die Ressourcen unterschiedlich schnell verbrauchen, zu Zyklen in der Ressourcendichte führen, die sich zwischen den Arten unterscheiden. Arten wachsen nicht nur unterschiedlich in Bezug auf die Ressourcendichte, sondern ihr eigenes Populationswachstum kann die Ressourcendichte im Laufe der Zeit beeinflussen .

Eltonsche Nischen konzentrieren sich auf biotische Interaktionen und Verbraucher-Ressourcen-Dynamik (biotische Variablen) auf lokaler Ebene. Aufgrund der engen Fokussierung liegen Datensätze, die eltonische Nischen charakterisieren, typischerweise in Form detaillierter Feldstudien zu spezifischen Einzelphänomenen vor, da die Dynamik dieser Nischenklasse auf breiter geographischer Skala schwer zu messen ist. Die eltonische Nische kann jedoch nützlich sein, um die Ausdauer einer Art gegenüber globalen Veränderungen zu erklären. Da Anpassungen der biotischen Interaktionen unweigerlich abiotische Faktoren verändern, können Eltonsche Nischen nützlich sein, um die Gesamtreaktion einer Art auf neue Umgebungen zu beschreiben.

Hutchinsonsche Nische

Die Schnabelform dieser Purpurkehl-Karibik ist komplementär zur Form der Blüte und hat sich mit ihr entwickelt, sodass sie den Nektar als Ressource nutzen kann.

Die Hutchinsonsche Nische ist ein " n-dimensionales Hypervolumen", bei dem die Dimensionen Umweltbedingungen und Ressourcen sind, die die Anforderungen eines Individuums oder einer Art definieren, um seine Lebensweise zu praktizieren, insbesondere für das Fortbestehen seiner Population. Das „Hypervolumen“ definiert den mehrdimensionalen Raum der Ressourcen (z. B. Licht, Nährstoffe, Struktur usw.), der den Organismen zur Verfügung steht (und von ihnen spezifisch genutzt wird), und „alle anderen Arten als die betrachteten werden als Teil der Koordinate betrachtet System."

Das Nischenkonzept wurde 1957 von der Zoologin G. Evelyn Hutchinson populär gemacht . Hutchinson ging der Frage nach, warum es in einem Lebensraum so viele Arten von Organismen gibt. Seine Arbeit inspirierte viele andere, Modelle zu entwickeln, um zu erklären, wie viele und wie ähnlich koexistierende Arten innerhalb einer bestimmten Gemeinschaft sein könnten, und führte zu den Konzepten der "Nischenbreite" (der Vielfalt der Ressourcen oder Lebensräume, die von einer bestimmten Art genutzt werden), "Nische". Partitionierung“ (Ressourcendifferenzierung durch koexistierende Arten) und „Nischenüberlappung“ (Überlappung der Ressourcennutzung durch verschiedene Arten).

Wenn drei Arten von derselben Beute fressen, zeigt ein statistisches Bild jeder Nische Überschneidungen in der Ressourcennutzung zwischen drei Arten, was darauf hindeutet, wo die Konkurrenz am stärksten ist.

Statistiken wurden von Robert MacArthur und Richard Levins in die Hutchinson-Nische eingeführt, indem sie die "Ressourcen-Nutzung"-Nische verwendeten, die Histogramme verwendet, um die "Häufigkeit des Auftretens" als Funktion einer Hutchinson-Koordinate zu beschreiben. So könnte beispielsweise ein Gaussian die Häufigkeit beschreiben, mit der eine Art Beute einer bestimmten Größe gefressen hat, und eine detailliertere Nischenbeschreibung liefern, als nur eine mittlere oder durchschnittliche Beutegröße anzugeben. Bei einer solchen glockenförmigen Verteilung entsprechen Lage , Breite und Form der Nische dem Mittelwert , der Standardabweichung und der tatsächlichen Verteilung selbst. Ein Vorteil bei der Verwendung von Statistiken wird in der Abbildung veranschaulicht, wo deutlich wird, dass für die engeren Verbreitungen (oben) keine Konkurrenz um Beute zwischen den extrem linken und rechten Arten besteht, während für die breitere Verbreitung (unten) Nischenüberlappung anzeigt Konkurrenz kann zwischen allen Arten auftreten. Die Ressourcenauslastung Ansatz besteht darin , zu postulieren , dass nicht nur den Wettbewerb kann auftreten , aber auch , dass es nicht auftreten, und dass Überschneidungen bei der Ressourcennutzung ermöglicht direkt die Schätzung der Wettbewerbskoeffizienten. Dieses Postulat kann jedoch in die Irre geführt werden, da es die Auswirkungen ignoriert, die die Ressourcen jeder Kategorie auf den Organismus haben, und die Auswirkungen, die der Organismus auf die Ressourcen jeder Kategorie hat. Beispielsweise kann die Ressource im Überlappungsbereich nicht einschränkend sein, in welchem ​​Fall trotz Nischenüberlappung keine Konkurrenz um diese Ressource besteht.

Als halbparasitische Pflanze nutzt die Mistel dieses Baumes ihren Wirt für Nährstoffe und als Wachstumsstandort.

Ein Organismus, der frei von Störungen durch andere Arten ist, könnte die gesamte Bandbreite an Bedingungen (biotisch und abiotisch) und Ressourcen nutzen, unter denen er überleben und sich reproduzieren könnte, was als seine grundlegende Nische bezeichnet wird . Aufgrund des Drucks und der Interaktionen mit anderen Organismen (dh interspezifische Konkurrenz) sind Arten jedoch in der Regel gezwungen, eine engere Nische zu besetzen, an die sie meist hochgradig angepasst sind ; dies wird als realisierte Nische bezeichnet . Hutchinson verwendete die Idee des Wettbewerbs um Ressourcen als primären Mechanismus, der die Ökologie vorantreibt, aber eine Überbetonung dieses Fokus hat sich als Handicap für das Nischenkonzept erwiesen. Insbesondere die Überbetonung der Abhängigkeit einer Art von Ressourcen hat dazu geführt, dass die Auswirkungen von Organismen auf ihre Umwelt, beispielsweise Kolonisation und Invasionen, zu wenig betont werden.

Der Begriff "adaptive Zone" wurde von dem Paläontologen George Gaylord Simpson geprägt , um zu erklären, wie eine Population von einer Nische in eine andere springen kann, die zu ihr passt, in eine "adaptive Zone", die durch eine Modifikation oder möglicherweise eine Änderung verfügbar gemacht wird in der Nahrungskette , die ihr die Anpassungszone ohne Unterbrechung in ihrer Lebensweise zur Verfügung stellte, weil die Gruppe an die neue ökologische Chance "vorangepasst" war.

Hutchinsons „Nische“ (eine Beschreibung des ökologischen Raums, der von einer Art eingenommen wird) unterscheidet sich subtil von der „Nische“, wie sie von Grinnell definiert wird (eine ökologische Rolle, die tatsächlich von einer Art ausgefüllt werden kann oder nicht – siehe freie Nischen ).

Eine Nische ist ein sehr spezifisches Segment des Ökoraums, das von einer einzigen Art besetzt wird. Unter der Annahme, dass keine zwei Arten in jeder Hinsicht identisch sind (so genanntes Hardins 'Axiom der Ungleichheit') und das Prinzip des Wettbewerbsausschlusses , wird eine Ressourcen- oder Anpassungsdimension eine für jede Art spezifische Nische bieten. Arten können jedoch eine „Lebensweise“ oder eine „autekologische Strategie“ teilen, die breitere Definitionen des Ökoraums darstellen. Zum Beispiel weisen australische Graslandarten, obwohl sie sich von denen der Great Plains Grasländer unterscheiden, ähnliche Lebensweisen auf.

Sobald eine Nische frei bleibt, können andere Organismen diese Position besetzen. So wurde beispielsweise die durch das Aussterben der Tarpan frei gewordene Nische von anderen Tieren (insbesondere einer kleinen Pferderasse, dem Konik ) gefüllt . Wenn Pflanzen und Tiere in eine neue Umgebung eingeführt werden, haben sie außerdem das Potenzial, die Nische oder Nischen einheimischer Organismen zu besetzen oder einzudringen, wobei sie oft die einheimischen Arten verdrängen. Die Einführung nicht-einheimischer Arten in nicht-heimische Lebensräume durch den Menschen führt oft zu einer biologischen Verschmutzung durch die exotischen oder invasiven Arten .

Die mathematische Darstellung der fundamentalen Nische einer Art im ökologischen Raum und ihre anschließende Rückprojektion in den geografischen Raum ist die Domäne der Nischenmodellierung .

Nische und geografische Reichweite

Schematische Darstellung der Auswirkungen von Konkurrenzausschluss auf den Seepocken Chthamalus stellatus in der Gezeitenzone. Die grundlegenden und realisierten geografischen Verbreitungsgebiete von C. stellatus werden durch die dunkelblauen bzw. hellblauen Balken dargestellt.

Das geographische Verbreitungsgebiet einer Art kann als räumliches Abbild ihrer Nische betrachtet werden, zusammen mit den Merkmalen der geographischen Vorlage und der Art, die ihr Besiedelungspotential beeinflussen. Das grundlegende geographische Verbreitungsgebiet einer Art ist das Gebiet, das sie einnimmt, in dem die Umweltbedingungen günstig sind, ohne Einschränkungen durch Ausbreitungs- oder Besiedelungsbarrieren. Eine Art wird auf ihr reales geographisches Verbreitungsgebiet beschränkt sein , wenn es mit biotischen Interaktionen oder abiotischen Barrieren konfrontiert wird, die die Ausbreitung begrenzen, eine engere Teilmenge ihres größeren grundlegenden geographischen Verbreitungsgebiets.

Eine frühe Studie zu ökologischen Nischen von Joseph H. Connell analysierte die Umweltfaktoren, die die Reichweite einer Seepocken ( Chthamalus stellatus ) auf der schottischen Isle of Cumbrae begrenzen . In seinen Experimenten beschrieb Connell die dominanten Merkmale der Nischen von C. stellatus und erklärte ihre Verbreitung in der Gezeitenzone der felsigen Küste der Insel. Connell beschrieb, dass der obere Teil des Verbreitungsgebiets von C. stellatus durch die Fähigkeit der Seepocken begrenzt ist, während Ebbe der Austrocknung zu widerstehen. Der untere Teil des Verbreitungsgebiets wurde durch interspezifische Interaktionen begrenzt, nämlich die Konkurrenz mit einer zusammenlebenden Seepockenart und die Prädation durch eine Schnecke. Durch das Entfernen der konkurrierenden B. balanoides zeigte Connell, dass C. stellatus in der Lage war, den unteren Rand seiner realisierten Nische ohne Konkurrenzausschluss zu erweitern . Diese Experimente zeigen, wie biotische und abiotische Faktoren die Verbreitung eines Organismus begrenzen.

Parameter

Die unterschiedlichen Dimensionen oder Plotachsen einer Nische repräsentieren unterschiedliche biotische und abiotische Variablen. Diese Faktoren können Beschreibungen der Lebensgeschichte des Organismus , des Lebensraums , der trophischen Position (Platz in der Nahrungskette ) und der geografischen Reichweite umfassen. Nach dem Konkurrenzausschlussprinzip können keine zwei Arten für lange Zeit dieselbe Nische in derselben Umgebung besetzen. Die Parameter einer realisierten Nische werden durch die realisierte Nischenbreite dieser Art beschrieben. Einige Pflanzen und Tiere, die als Spezialisten bezeichnet werden , benötigen zum Überleben bestimmte Lebensräume und Umgebungen, wie zum Beispiel die Gefleckte Eule , die speziell in Altwäldern lebt. Andere Pflanzen und Tiere, die als Generalisten bezeichnet werden, sind nicht so spezifisch und können unter verschiedenen Bedingungen überleben, zum Beispiel der Löwenzahn .

Siehe auch

Verweise

Externe Links