Populationsdefinition
Eine Population ist die Anzahl von Organismen der gleichen Art, die in einem bestimmten geografischen Gebiet zur gleichen Zeit leben und die Fähigkeit haben, sich zu kreuzen.
Damit es zu einer Kreuzung kommt, müssen die Individuen in der Lage sein, sich mit jedem anderen Mitglied einer Population zu paaren und fruchtbare Nachkommen zu produzieren. Populationen enthalten jedoch genetische Variationen in sich selbst, und nicht alle Individuen sind gleichermaßen in der Lage zu überleben und sich fortzupflanzen.
Populationen können in verschiedenen Größenordnungen auftreten. Eine lokale Population kann sich auf ein räumlich kleines Gebiet beschränken, z.B. die Fische in einem Teich. Diese Lokalität kann aber auch auf einer regionalen, landesweiten, insel- oder kontinentalen Skala agieren; sie kann sogar die gesamte Art ausmachen. Wenn Individuen lokaler Populationen in der Lage sind, sich zwischen anderen lokalen Populationen auszubreiten, spricht man von einer Metapopulation.
Die Populationsbiologie ist die Untersuchung von Populationsmerkmalen und den Faktoren, die ihre Größe und Verteilung beeinflussen. Zu den untersuchten Merkmalen gehören die Migrationsmuster, die Populationsdichte, die Demographie (die Geburten- und Sterberaten, das Geschlechterverhältnis und die Altersverteilung), die Populationsgenetik, die lebensgeschichtlichen Merkmale und die Gruppendynamik (die Interaktionen innerhalb und zwischen Populationen). Die Populationsökologie untersucht, wie diese Populationen mit der Umwelt interagieren.
Die meisten Populationen sind nicht stabil, sondern schwanken in ihrer Größe im Laufe der Zeit (der Buchstabe „N“ steht oft für die Anzahl der Individuen in einer Population). Die Schwankungen sind in der Regel eine Reaktion auf Veränderungen der abiotischen und biotischen Faktoren, die als limitierende Faktoren gegen ein unendliches exponentielles Wachstum der Populationen wirken. Wenn beispielsweise reichlich Nahrungsressourcen vorhanden sind und die Umweltbedingungen günstig sind, können die Populationen wachsen. Umgekehrt können Populationen bei starker Prädation dezimiert werden.
Die Eigenschaften der Population können beeinflussen, wie sie von bestimmten Faktoren beeinflusst wird. Die Auswirkungen, die dichteabhängige Faktoren auf eine Population haben können, werden durch ihre Größe bestimmt; zum Beispiel wird eine größere, dichtere Population schneller durch die Ausbreitung von Krankheiten dezimiert als eine weit verstreute Population. Lebensgeschichtliche Merkmale, wie die Reifungsrate und die Lebensspanne, können die Wachstumsrate einer Population beeinflussen; wenn Individuen später reifen, wird die Population langsamer wachsen, als wenn sie relativ jung reifen.
Aufgrund der genetischen Variation innerhalb von Populationen sind größere Populationen in der Regel widerstandsfähiger gegenüber stochastischen Veränderungen in ihrer Umwelt oder der Demographie. Das liegt daran, dass eine höhere Chance besteht, dass eine genetische Mutation innerhalb des Genpools besser angepasst ist, um in der neuen Situation zu überleben. Wenn ein extremes Ereignis eintritt, bei dem eine große Anzahl von Individuen innerhalb der Population nicht überleben kann, werden sich die verbleibenden Individuen mit den begünstigten Genen fortpflanzen und so die Häufigkeit dieser Gene in der Population durch genetische Drift erhöhen. Dies wird als Populationsflaschenhals bezeichnet.
Obwohl die Individuen, die den Engpass überlebt haben, an die neuen Bedingungen angepasst sind, ist der langfristige Erfolg der Population nicht immer gut. Die genetische Vielfalt innerhalb der neuen Population ist gering und nimmt nur sehr langsam zu, da in jeder aufeinanderfolgenden Generation Mutationen auftreten. Das bedeutet, dass die neue Population sehr anfällig für weitere Veränderungen der Umwelt oder der Verfügbarkeit von Ressourcen ist und unter den Folgen der Inzucht wie Krankheiten und Missbildungen bei den Nachkommen leidet. Führt ein Engpass zu einer zu geringen Anzahl von Individuen (unter der minimalen lebensfähigen Populationsgröße (MVP)), besteht ein erhebliches Risiko, nach wenigen Generationen auszusterben.
Beispiele für Populationen
Afrikanische Elefanten
Es gibt zwei traditionell anerkannte Arten von Elefanten, den Afrikanischen Elefanten (Loxodonta Africana) und den Asiatischen Elefanten (Elephas maximus), obwohl neuere Forschungen die Afrikanischen Elefanten in zwei Arten unterteilt haben: Die Afrikanischen Buschelefanten (Loxodonta africana) und die Afrikanischen Waldelefanten (Loxodonta cyclotis).
Es wird angenommen, dass die Populationen der Afrikanischen Elefanten auf dem gesamten Kontinent existierten und in den frühen 1900er Jahren bis zu 5 Millionen Individuen zählten. Aufgrund der Fragmentierung des Lebensraums und der Wilderei für ihre Stoßzähne ist die Zahl der Elefanten jedoch stark zurückgegangen. Man geht heute davon aus, dass es noch etwa 400.000 afrikanische Elefanten gibt.
Die Gruppenstruktur der Elefanten besteht aus Familieneinheiten von etwa 10 Individuen, aber wenn Elefantenfamilien miteinander in Kontakt kommen, können sie sich zu größeren Gruppen – den sogenannten „Herden“ – von bis zu 100 Tieren zusammenschließen. Jede dieser Herden bildet eine lokale Population. Allerdings kann sich jedes Individuum jeder Art mit einem anderen Mitglied der Art fortpflanzen, so dass die vollständige Population jeder afrikanischen Art alle Individuen auf dem Kontinent umfasst.
Teichpopulationen
In einem Lebensraum kann es viele verschiedene Populationen geben; ein kleinräumiges Beispiel ist ein See. Ein See kann Lebensraum für Vögel, Fische, Insekten, Amphibien und Säugetiere wie Otter oder Ratten bieten. Obwohl jede Art mit Ressourcen aus dem See versorgt wird, sind ihre Populationen wahrscheinlich auf einzigartige Weise auf den Lebensraum angewiesen. Für Fische stellt das Land eine undurchdringliche Barriere für die Ausbreitung dar. Ohne die Möglichkeit, den See zu verlassen, kann eine ganze Forellenpopulation nur im See und nirgendwo sonst existieren.
Amphibien wie Kröten können im See laichen und mehrere nahegelegene Seen innerhalb eines Tals zur Nahrungsaufnahme nutzen. Da sie jedoch nicht über Berge gelangen können, ist ihre lokale Population auf das Innere des Tals beschränkt. Wenn sich die Umweltbedingungen innerhalb des Tals von denen in den umliegenden Tälern unterscheiden und die Kröten lange genug von anderen Populationen der gleichen Art isoliert sind, kann sich das Verhalten oder die Morphologie der Kröte so weit verändern, dass sie sich nicht mit Kröten außerhalb des Tals paaren kann. Diese Isolation würde den Prozess der Speziation und damit die Bildung neuer Arten vorantreiben.
Ziehende Vögel können den See saisonal besuchen, um zu überwintern; für einen Teil des Jahres bilden diese Vögel eine lokale Population. Wenn die Vögel aus dem Winterquartier zurückkehren, treffen sie sich mit anderen Populationen der gleichen Art, um sich in größerer Zahl fortzupflanzen. Es ist üblich, dass Vögel unterschiedlichen Alters oder Geschlechts zu unterschiedlichen Zeiten oder über unterschiedliche Entfernungen wandern, so dass die Populationsgrößen von der Demografie der Gruppe abhängen.
Lachs
Viele Lachsarten sind anadrom, das heißt, sie werden im Süßwasser geboren, wandern dann ins Meer, um zu fressen und zu reifen, und kehren zum Laichen ins Süßwasser zurück.
Lachse neigen dazu, in denselben Fluss zurückzukehren, in dem sie geboren wurden, um selbst zu laichen. Aufgrund dieses starken Wunsches nach „Heimat“ entfernen sich Lachse normalerweise nicht weit von ihrem heimischen Laichplatz, obwohl die Ausbreitungsdistanz stark von der jeweiligen Art abhängt.
Da die meisten Laichplätze durch Land oder tiefes Wasser voneinander getrennt sind, bildet jede Gruppe von Lachsen, die an einem bestimmten Laichplatz geboren wird, die lokale Population innerhalb dieses Platzes; obwohl die Bedingungen innerhalb der Ausbreitungswege für die Lachse nicht unmöglich sind, ziehen sie nur selten zwischen den Plätzen hin und her.
Während der Zeit, die sie im Meer verbringen, kommen die Lachse in Kontakt mit Lachsen anderer lokaler Populationen, sogar mit sehr weit entfernten. Obwohl es keine Barrieren für die Paarung zwischen lokalen Populationen der gleichen Art gibt, reduziert die Tendenz der Lachse, in ihren Geburtsfluss zurückzukehren, den Genfluss zwischen ihnen stark. Nichtsdestotrotz weichen einige Individuen von der erwarteten Route ab, entweder freiwillig oder aus Versehen, was zu einem gewissen Genfluss zwischen den Populationen führt.
Aufgrund ihres Lebenszyklus können Lachse innerhalb der Metapopulationsstruktur kategorisiert werden.
- Gemeinschaft – Eine Gruppe, die aus verschiedenen Arten besteht, die direkt oder passiv miteinander interagieren, an einem gemeinsamen Ort.
- Spezies – Eine Gruppe physisch ähnlicher Individuen, die in der Lage sind, sich mit dem Ergebnis fruchtbarer Nachkommen fortzupflanzen.
- Genpool – Die Menge an Genen, die innerhalb einer Population oder Spezies vorhanden ist.
- Speziation – Die Bildung neuer, unterschiedlicher Arten.
Quiz
1. Welches der folgenden Szenarien entspricht am besten der Definition einer Population?
A. Fünf Froscharten, die in einem Sumpf leben.
B. Alle Haie, die vor der Westküste Australiens schwimmen.
C. Alle einzelnen Berggorillas, die in den dichten Wäldern von vier Nationalparks in Afrika leben.
D. Die Vögel, Fledermäuse und Affen, die im Regenwald von Ecuador leben.
2. Ein Populationsengpass tritt auf, wenn:
A. Die Anzahl der Individuen in einer Gruppe zu hoch wird.
B. Ein Ereignis verursacht einen signifikanten Verlust von Individuen in einer Population.
C. Arten wandern weg von ihrer ursprünglichen Population.
D. Zwei Populationen verschmelzen zu einer neuen Population.
3. Kleine Populationen sind gefährdeter als große, weil:
A. Es ist wahrscheinlicher, dass sie gejagt werden.
B. Sie sind anfälliger für Veränderungen, weil sie einen kleineren Genpool haben.
C. Sie können sich nicht gegenseitig warm halten.