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45.5B: Prädation, Pflanzenfresser und das Wettbewerbsausschlussprinzip – Biologie

45.5B: Prädation, Pflanzenfresser und das Wettbewerbsausschlussprinzip – Biologie


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Raub und Pflanzenfresser sind zwei Methoden, mit denen Tiere Energie gewinnen; viele Arten haben Abwehrmechanismen gegen sie entwickelt.

Lernziele

  • Unterscheiden Sie zwischen Prädation und Herbivorie und beschreiben Sie die Abwehrmechanismen gegen beide

Wichtige Punkte

  • Prädation, das Jagen und Verzehren von Tieren durch andere Tiere, zeigt oft zyklische Muster der Größe der Räuber/Beute-Population; Die Zahl der Raubtiere nimmt zu, wenn es viele Beutearten gibt.
  • Herbivorie ist das Essen von Pflanzenmaterial zur Energiegewinnung und kann den Pflanzen bei der Samenverteilung helfen.
  • Pflanzen haben Stacheln und Giftstoffe entwickelt, um sich vor dem Verzehr durch Pflanzenfresser zu schützen.
  • Tiere verwenden helle Farben, um zu werben, dass sie giftig sind; Mimikry, um sich vor Raubtieren zu verstecken; oder haben Stacheln, Muscheln und Schuppen, um sich zu schützen.
  • Batesianische Mimikry ist, wenn eine ungiftige Spezies einer giftigen ähnlich sieht, was Raubtierangriffe abschreckt.

Schlüsselbegriffe

  • Tarnung: Ähnlichkeit eines Organismus mit seiner Umgebung, um eine Entdeckung zu vermeiden
  • Pflanzenfresser: der Verzehr von lebendem Pflanzengewebe durch Tiere
  • Batesianische Mimikry: die Ähnlichkeit einer oder mehrerer ungiftiger Arten mit einer giftigen Art, zum Beispiel die scharlachrote Königsnatter und die Korallenschlange

Raub und Pflanzenfresser

Die meisten Tiere fallen in eine von zwei Hauptkategorien, wenn es darum geht, die Energie zu gewinnen, die sie zum Überleben in der Umwelt benötigen: Raubtiere oder Pflanzenfresser. Ein Tier, das andere Tiere jagt, tötet und frisst, wird als Raubtier bezeichnet. Beispiele für Raubtiere sind Tiger, Schlangen und Falken. Herbivorie hingegen bezieht sich auf Tiere, die Pflanzenmaterial essen. Hirsche, Mäuse und die meisten Singvögel sind Beispiele. Um sich gegen diese Fressmechanismen zu schützen, haben viele Organismen Methoden entwickelt, die verhindern, dass sie gefressen werden.

Predation ist die Jagd auf Beute durch ihre Räuber. Populationen von Raubtieren und Beutetieren in einer Gemeinschaft sind über die Zeit nicht konstant; in den meisten Fällen variieren sie in Zyklen, die zusammenzuhängen scheinen. Das am häufigsten zitierte Beispiel für die Räuber-Beute-Dynamik ist das Radfahren des Luchses (Raubtier) und des Schneeschuhhasen (Beute), das auf fast 200 Jahre alten Fangdaten aus nordamerikanischen Wäldern basiert. Dieser Zyklus von Räuber und Beute dauert ungefähr 10 Jahre, wobei die Räuberpopulation 1–2 Jahre hinter der der Beutepopulation zurückbleibt. Mit steigender Hasenzahl steht dem Luchs mehr Nahrung zur Verfügung, wodurch auch die Luchspopulation zunehmen kann. Wenn die Luchspopulation einen Schwellenwert erreicht, töten sie so viele Hasen, dass die Hasenpopulation zu sinken beginnt. Es folgt ein Rückgang der Luchspopulation aufgrund von Nahrungsknappheit. Wenn die Luchspopulation gering ist, beginnt die Größe der Hasenpopulation zumindest teilweise aufgrund des geringen Prädationsdrucks zuzunehmen, wodurch der Zyklus von neuem beginnt.

Herbivorie bezeichnet den Verzehr von Pflanzen durch Insekten und andere Tiere. Im Gegensatz zu Tieren können Pflanzen Raubtieren nicht entkommen oder Mimikry verwenden, um sich vor hungrigen Tieren zu verstecken. Einige Pflanzen haben Mechanismen zur Abwehr von Pflanzenfressern entwickelt. Andere Arten haben gegenseitige Beziehungen entwickelt; Herbivorie stellt beispielsweise einen Mechanismus zur Samenverteilung bereit, der die Pflanzenreproduktion unterstützt.

Abwehrmechanismen gegen Raub und Pflanzenfresser

Das Studium von Gemeinschaften muss evolutionäre Kräfte berücksichtigen, die auf die Mitglieder der verschiedenen darin enthaltenen Populationen einwirken. Arten sind nicht statisch, sondern verändern sich langsam und passen sich durch natürliche Selektion und andere evolutionäre Kräfte an ihre Umgebung an. Arten haben zahlreiche Mechanismen entwickelt, um Raub und Pflanzenfresser zu entkommen. Diese Abwehrmechanismen können mechanischer, chemischer, physikalischer oder verhaltensbezogener Natur sein.

Mechanische Abwehrmaßnahmen, wie das Vorhandensein von Dornen an Pflanzen oder der harten Schale von Schildkröten, entmutigen Raubtiere und Pflanzenfresser, indem sie dem Räuber körperliche Schmerzen zufügen oder den Räuber physisch daran hindern, die Beute zu fressen. Chemische Abwehrstoffe werden sowohl von vielen Tieren als auch von Pflanzen produziert, wie zum Beispiel der Fingerhut, der beim Verzehr extrem giftig ist.

Viele Arten nutzen ihre Körperform und Färbung, um nicht von Raubtieren entdeckt zu werden. Der tropische Spazierstock ist ein Insekt mit der Färbung und Körperform eines Zweiges, wodurch er im Stand vor einem Hintergrund aus echten Zweigen sehr schwer zu erkennen ist. In einem anderen Beispiel kann das Chamäleon seine Farbe ändern, um es seiner Umgebung anzupassen. Beides sind Beispiele für Tarnung: Vermeidung der Erkennung durch Verschmelzung mit dem Hintergrund.

Einige Arten verwenden Färbung, um Raubtiere zu warnen, dass sie nicht gut zu fressen sind. Zum Beispiel haben die Zinnobermottenraupe, die Rotbauchunke und viele Käferarten leuchtende Farben, die vor einem fauligen Geschmack, dem Vorhandensein giftiger Chemikalien und/oder der Fähigkeit zu stechen oder zu beißen warnen. Raubtiere, die diese Färbung ignorieren und die Organismen fressen, werden ihren unangenehmen Geschmack oder das Vorhandensein giftiger Chemikalien bemerken und lernen, sie in Zukunft nicht mehr zu essen. Diese Art von Abwehrmechanismus wird als aposematische Färbung oder Warnfärbung bezeichnet.

Während einige Raubtiere aufgrund ihrer Färbung lernen, bestimmte potenzielle Beutetiere nicht zu fressen, haben andere Arten Mechanismen entwickelt, um diese Färbung nachzuahmen, um nicht gefressen zu werden, auch wenn sie selbst nicht unangenehm zu essen sind oder giftige Chemikalien enthalten. In der batesianischen Mimikry ahmt eine harmlose Art die warnende Färbung einer schädlichen nach. Unter der Annahme, dass sie dieselben Räuber teilen, schützt diese Färbung dann die harmlosen, obwohl sie nicht die gleiche physikalische oder chemische Abwehr gegen Raubtiere haben wie der Organismus, den sie nachahmen. Viele Insektenarten ahmen die Färbung von Wespen oder Bienen nach, bei denen es sich um stechende, giftige Insekten handelt, wodurch die Prädation abgeschreckt wird.


45.5B: Prädation, Pflanzenfresser und das Prinzip des Wettbewerbsausschlusses – Biologie

Der Landauer-Büttiker-Formalismus war sehr erfolgreich bei der Beschreibung des elektronischen Transports in mesoskopischen Systemen. Allerdings bleiben Fragen zur Rolle des Ausschlussprinzips unbeantwortet, insbesondere wenn wir unelastische Prozesse innerhalb des Geräts zulassen. In dieser Arbeit versuchen wir, diese Fragen zu beantworten, indem wir vom Keldysh-Formalismus ausgehen und explizite Ausdrücke für die Übertragung in Bezug auf mikroskopische Parameter im linearen Antwortregime erhalten. Es wird gezeigt, dass die Übertragung der Gegenseitigkeit gehorcht. Die einzige Annahme bei dieser Ableitung ist, dass angenommen wird, dass die phasenbrechenden Streuer im Gleichgewicht bleiben und innerhalb der selbstkonsistenten Bornschen Näherung behandelt werden.

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Raub und Pflanzenfresser

Das klassische Beispiel für die Interaktion zwischen Arten ist vielleicht die Prädation: die Jagd auf Beute durch ihre Räuber. Natursendungen im Fernsehen zeigen das Drama eines lebenden Organismus, der einen anderen tötet. Die Populationen von Raubtieren und Beutetieren in einer Gemeinschaft sind im Laufe der Zeit nicht konstant: In den meisten Fällen variieren sie in Zyklen, die miteinander verwandt zu sein scheinen. Das am häufigsten zitierte Beispiel für die Räuber-Beute-Dynamik ist das Radfahren des Luchses (Raubtier) und des Schneeschuhhasen (Beute), wobei fast 200 Jahre alte Fangdaten aus nordamerikanischen Wäldern verwendet werden (siehe Abbildung unten). Dieser Zyklus von Räuber und Beute dauert ungefähr 10 Jahre, wobei die Räuberpopulation 1–2 Jahre hinter der der Beutepopulation zurückbleibt. Mit steigender Hasenzahl steht dem Luchs mehr Nahrung zur Verfügung, wodurch auch die Luchspopulation zunehmen kann. Wenn die Luchspopulation jedoch einen Schwellenwert erreicht, töten sie so viele Hasen, dass die Hasenpopulation zu sinken beginnt, gefolgt von einem Rückgang der Luchspopulation aufgrund von Nahrungsknappheit. Wenn die Luchspopulation gering ist, beginnt die Größe der Hasenpopulation zumindest teilweise aufgrund des geringen Prädationsdrucks zuzunehmen, wodurch der Zyklus von neuem beginnt.

Das Radfahren von Luchsen und Schneeschuhhasen in Nord-Ontario ist ein Beispiel für die Räuber-Beute-Dynamik.

Die Idee, dass der Populationszyklus der beiden Arten vollständig durch Prädationsmodelle gesteuert wird, wurde in Frage gestellt. Neuere Studien haben gezeigt, dass neben der Prädation auch undefinierte dichteabhängige Faktoren beim Radfahren wichtig sind. Eine Möglichkeit besteht darin, dass das Radfahren in der Hasenpopulation aufgrund von dichteabhängigen Effekten wie geringerer Fruchtbarkeit (mütterlicher Stress) durch Überfüllung inhärent ist, wenn die Hasenpopulation zu dicht wird. Das Hasenradeln würde dann das Radfahren des Luchses induzieren, da es die Hauptnahrungsquelle der Luchse ist. Je mehr wir Gemeinschaften untersuchen, desto komplexer werden wir, was es Ökologen ermöglicht, genauere und ausgefeiltere Modelle der Populationsdynamik abzuleiten.

Herbivorie beschreibt den Verzehr von Pflanzen durch Insekten und andere Tiere, und es ist eine weitere interspezifische Beziehung, die Populationen beeinflusst. Im Gegensatz zu Tieren können die meisten Pflanzen Raubtieren nicht entkommen oder Mimikry verwenden, um sich vor hungrigen Tieren zu verstecken. Einige Pflanzen haben Mechanismen zur Abwehr von Pflanzenfressern entwickelt. Andere Arten haben gegenseitige Beziehungen entwickelt, zum Beispiel bietet Herbivorie einen Mechanismus der Samenverteilung, der die Pflanzenreproduktion unterstützt.


Prinzip des Wettbewerbsausschlusses

Ressourcen sind innerhalb eines Habitats oft begrenzt und mehrere Arten können um sie konkurrieren. Alle Arten haben eine ökologische Nische im Ökosystem, die beschreibt, wie sie sich die benötigten Ressourcen aneignen und wie sie mit anderen Arten in der Gemeinschaft interagieren. Die Wettbewerbsausschlussprinzip besagt, dass zwei Arten nicht dieselbe Nische in einem Habitat besetzen können. Mit anderen Worten, verschiedene Arten können nicht in einer Gemeinschaft koexistieren, wenn sie um dieselben Ressourcen konkurrieren. Ein Beispiel für dieses Prinzip ist in der folgenden Abbildung mit zwei Protozoenarten dargestellt, Paramecium aurelia und Paramecium caudatum. Einzeln im Labor gezüchtet, gedeihen beide. Aber wenn sie zusammen in das gleiche Reagenzglas (Lebensraum) gelegt werden, P. aurelia verdrängt P. caudatum für Nahrung, was zu dessen endgültigem Aussterben führt.

Paramecium aurelia und Paramecium caudatum einzeln gut wachsen, aber wenn sie um die gleichen Ressourcen konkurrieren, P. aurelia übertrifft die P. caudatum.

Dieser Ausschluss kann vermieden werden, wenn sich eine Population entwickelt, um eine andere Ressource, einen anderen Bereich des Habitats zu nutzen oder sich zu einer anderen Tageszeit zu ernähren, was als Ressourcenaufteilung bezeichnet wird. Die beiden Organismen besetzen dann unterschiedliche Mikronischen. Diese Organismen koexistieren, indem sie die direkte Konkurrenz minimieren.


45.5B: Prädation, Pflanzenfresser und das Wettbewerbsausschlussprinzip – Biologie

Die Nische Jede Art hat ihre eigene Toleranz oder eine Reihe von Bedingungen, unter denen sie wachsen und sich vermehren kann. Die Toleranz einer Art bestimmt ihren Lebensraum, den Ort, an dem sie lebt.

  • Eine Nische umfasst alle physikalischen und biologischen Bedingungen, unter denen eine Art lebt, und die Art und Weise, wie die Art das erhält, was sie zum Überleben und zur Fortpflanzung benötigt.
  • Die Nische eines Organismus muss alle Ressourcen enthalten, die ein Organismus zum Überleben benötigt. Eine Ressource ist jede Lebensnotwendigkeit wie Wasser, Nährstoffe, Licht, Nahrung oder Raum.

Konkurrenz Konkurrenz entsteht, wenn Organismen versuchen, dieselben begrenzten Ressourcen zu nutzen.

  • Direkte Konkurrenz zwischen Arten führt oft zum Aussterben einer Art. Dies ist die Grundlage des Wettbewerbsausschlussprinzips. Dieses Prinzip besagt, dass keine zwei Arten gleichzeitig genau dieselbe Nische in genau demselben Lebensraum besetzen können.
  • Der Wettbewerb hilft, die Anzahl und Art der Arten in einer Gemeinschaft zu bestimmen.

Raubtiere, Pflanzenfresser und Schlüsselarten Interaktionen zwischen Raubtieren und Beutetieren sowie Pflanzenfressern und Pflanzen tragen zur Bildung von Gemeinschaften bei.

  • Prädation tritt auf, wenn ein Organismus (das Raubtier) einen anderen (die Beute) fängt und frisst.
  • Pflanzenfresser ist eine Interaktion, die auftritt, wenn ein Tier (der Pflanzenfresser) sich von Erzeugern (wie Pflanzen) ernährt.
  • Manchmal können Veränderungen in der Population einer einzelnen Art, die oft als Keystone-Art bezeichnet wird, dramatische Veränderungen in der Struktur einer Gemeinschaft verursachen.

Symbiosen Symbiose tritt auf, wenn zwei Arten auf eine von drei Arten eng zusammenleben: Mutualismus, Kommensalismus oder Parasitismus.


53.5 Gegensätzliche Ansichten über die Gemeinschaftsstruktur sind Gegenstand anhaltender Debatten

Integrierte und individualistische Hypothesen – Die integrierte Hypothese besagt, dass die Arten innerhalb einer Gemeinschaft an bestimmte biotische Interaktionen gebunden sind. Die individualistische Hypothese schlägt vor, dass Gemeinschaften lose aus unabhängig verteilten Arten mit den gleichen abiotischen Anforderungen bestehen

Niet- und Redundanzmodelle - Das Nietmodell legt nahe, dass alle Arten in einer Gemeinschaft in einem engen Netz von Interaktionen miteinander verbunden sind, so dass der Verlust selbst einer einzigen Art starke Auswirkungen auf die Gemeinschaft hat. Das Redundanzmodell schlägt vor, dass beim Verlust einer Art aus einer Gemeinschaft andere Arten die Lücke füllen.


Abwehrmechanismen gegen Raub und Pflanzenfresser

Prädation und Raubtiervermeidung sind starke Selektionsmittel. Jeder vererbbare Charakter, der es einem Individuum einer Beutepopulation ermöglicht, seinen Räubern besser auszuweichen, wird in späteren Generationen in größerer Zahl vertreten sein. Ebenso führen Merkmale, die es einem Raubtier ermöglichen, seine Beute effizienter zu lokalisieren und zu fangen, zu einer größeren Anzahl von Nachkommen und zu einer Zunahme der Gemeinsamkeit des Merkmals innerhalb der Population. Solche ökologischen Beziehungen zwischen bestimmten Populationen führen zu Anpassungen, die durch wechselseitige evolutionäre Reaktionen in diesen Populationen angetrieben werden. Arten haben zahlreiche Mechanismen entwickelt, um Raub und Herbivorie (der Verzehr von Pflanzen als Nahrung) zu entkommen. Abwehrmechanismen können mechanisch, chemisch, physikalisch oder verhaltensbezogen sein.

Mechanische Abwehrmaßnahmen, wie das Vorhandensein von Rüstungen bei Tieren oder Dornen bei Pflanzen, verhindern Raub und Pflanzenfresser, indem sie physischen Kontakt verhindern (Abbildung 19.14). Viele Tiere produzieren oder erhalten chemische Abwehrstoffe aus Pflanzen und lagern sie, um Prädation zu verhindern. Viele Pflanzenarten produzieren sekundäre Pflanzenstoffe, die für die Pflanze keine Funktion haben, außer dass sie für Tiere giftig sind und vom Verzehr abhalten. Der Fingerhut produziert beispielsweise mehrere Verbindungen, darunter Digitalis, die beim Verzehr extrem giftig sind (Abbildung 19.14). (Biomedizinische Wissenschaftler haben die von Fingerhut produzierte Chemikalie als Herzmedikament verwendet, das viele Jahrzehnte lang Leben gerettet hat.)

Viele Arten nutzen ihre Körperform und Färbung, um nicht von Raubtieren entdeckt zu werden. Der tropische Spazierstock ist ein Insekt mit der Färbung und Körperform eines Zweiges, was es sehr schwer macht, ihn im Stillstand vor einem Hintergrund aus echten Zweigen zu sehen (Abbildung 19.15). In einem anderen Beispiel kann das Chamäleon seine Farbe an seine Umgebung anpassen (Abbildung 19.15).

Einige Arten verwenden Färbung, um Raubtiere zu warnen, dass sie geschmacklos oder giftig sind. Zum Beispiel bindet die Raupe des Monarchfalters Gifte aus ihrer Nahrung (Pflanzen und Wolfsmilch), um sich für potenzielle Räuber giftig oder geschmacklos zu machen. Die Raupe ist leuchtend gelb und schwarz, um für ihre Toxizität zu werben. Die Raupe ist auch in der Lage, die sequestrierten Giftstoffe an den erwachsenen Monarchen weiterzugeben, der ebenfalls dramatisch schwarz-rot gefärbt ist, um potenzielle Raubtiere zu warnen. Feuerbauchunken produzieren Giftstoffe, die sie für ihre potenziellen Feinde unangenehm machen. Sie haben eine leuchtend rote oder orange Färbung auf ihren Bäuchen, die sie einem potenziellen Raubtier zeigen, um ihre giftige Natur zu bewerben und einen Angriff abzuschrecken. Dies sind nur zwei Beispiele für Warnfärbungen, die eine relativ häufige Anpassung sind. Warnfärbung funktioniert nur, wenn ein Raubtier das Sehvermögen nutzt, um Beute zu lokalisieren und lernen kann – ein naives Raubtier muss die negativen Folgen des Verzehrs eines Raubtiers erfahren, bevor es anderen ähnlich gefärbten Individuen aus dem Weg geht (Abbildung 19.16).

Während einige Raubtiere aufgrund ihrer Färbung lernen, bestimmte potenzielle Beutetiere nicht zu fressen, haben andere Arten Mechanismen entwickelt, um diese Färbung nachzuahmen, um nicht gefressen zu werden, auch wenn sie selbst nicht unangenehm zu essen sind oder giftige Chemikalien enthalten. In einigen Fällen von Mimikry, eine harmlose Art imitiert die Warnfärbung einer schädlichen Art. Unter der Annahme, dass sie dieselben Raubtiere teilen, schützt diese Färbung dann die harmlosen. Viele Insektenarten ahmen die Färbung von Wespen nach, bei denen es sich um stechende, giftige Insekten handelt, wodurch die Prädation verhindert wird (Abbildung 19.17).

In anderen Fällen von Mimikry teilen mehrere Arten die gleiche Warnfärbung, aber alle haben tatsächlich Abwehrmechanismen. Die Gemeinsamkeit des Signals verbessert die Compliance aller potentiellen Räuber. Abbildung 19.18 zeigt verschiedene übel schmeckende Schmetterlinge mit ähnlicher Färbung.



Bemerkungen:

  1. Roswell

    Hallo! Ich möchte Ihnen mein aufrichtiges Beileid aussprechen

  2. Benon

    Über dieses Thema kann man lange reden.

  3. Minoru

    Darin ist etwas. Früher dachte ich anders, vielen Dank für die Informationen.

  4. Kentaro

    Es tut mir leid, aber ich glaube, du liegst falsch. Ich bin sicher. Lass uns diskutieren. Maile mir per PN.

  5. Tulkree

    Sicherlich. Ich stimme mit allen oben erzählten. Lassen Sie uns diese Frage diskutieren. Hier oder in PM.

  6. Reinhard

    Was wir ohne Ihren sehr guten Satz tun würden



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