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Übungen: Biodiversität erfassen

Methoden zuordnen, Dominanz und Simpson-Index berechnen, Stichproben vergleichen — und prüfen, ob eine zusätzliche Art wirklich mehr Vielfalt bedeutet.

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Übungsaufgaben

Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.

A1
Werkzeuge der Freilandbiologie
AFB I

Ordnen Sie jeder Methode ihren typischen Einsatz zu.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Quadratmethode und Linientaxierung legen fest, wo aufgenommen wird: auf gleich großen Flächen oder entlang eines Gefälles. Barberfalle und Kescher fangen Tiere verschiedener Schichten. Die Artenliste sagt nur, welche Arten vorkommen — nicht wie viele Individuen.
Eine Linientaxierung folgt einem Übergang zwischen zwei Lebensräumen.
Qualitativ heißt: welche Arten — nicht wie viele.
A2
Drei Ebenen der Vielfalt
AFB I

Geben Sie für jeden Befund an, welche Ebene der Biodiversität er beschreibt.

Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Befundgenetische VielfaltArtenvielfaltVielfalt der Ökosysteme
Im Alten Land werden Hunderte Apfelsorten derselben Art angebaut.
In einem Auwald wurden 58 Laufkäferarten nachgewiesen.
Ein Landkreis umfasst Hochmoor, Heide, Buchenwald und Flussaue.
Isolierte Feldhamster-Populationen tragen heute weniger verschiedene Allele als früher.
Durch neue Hecken und Tümpel gibt es in einer Agrarlandschaft mehr Lebensraumtypen.
Auf einer Streuobstwiese brüten 25 Vogelarten.
Sorten und Allele sind Unterschiede innerhalb einer Art (genetische Vielfalt). Käfer- und Vogelarten zählen zur Artenvielfalt. Moor, Heide, Wald, Aue, Hecke und Tümpel sind verschiedene Ökosysteme bzw. Lebensraumtypen.
Fragen Sie: Geht es um Unterschiede innerhalb einer Art, um die Zahl der Arten oder um verschiedene Lebensräume?
Jede Ebene kommt genau zweimal vor.
A3
Was der Simpson-Index aussagt
AFB I

Nennen Sie alle Aussagen, die auf den Simpson-Index \(D = 1 - \sum p_i^2\) zutreffen.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
\(D\) hängt nur von den Anteilen \(p_i\) ab — doppelt so viele Individuen jeder Art ändern die Anteile nicht. Weil \(\sum p_i^2\) immer größer als 0 ist, bleibt \(D\) unter 1. Welche Arten beteiligt sind, verrät der Index nicht.
Setzen Sie einen Extremfall ein: nur eine Art, also \(p_1 = 1\).
Drei Aussagen sind richtig.
A4
Vögel am Waldweg
AFB II

Bei einer Linientaxierung entlang eines Waldwegs wurden an einem Morgen 60 Vögel aus fünf Arten gezählt. Berechnen Sie die Dominanz jeder Art.

Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Art (Individuen)Dominanz in %
Buchfink (18)
Rotkehlchen (15)
Kohlmeise (12)
Zaunkönig (9)
Amsel (6)
Dominanz \(= n_i : N \cdot 100\,\%\) mit \(N = 60\): Buchfink \(18 : 60 = 30\,\%\), Rotkehlchen 25 %, Kohlmeise 20 %, Zaunkönig 15 %, Amsel 10 %. Zur Kontrolle: Die Summe ergibt 100 %.
Bezugsgröße ist die Gesamtzahl aller gezählten Vögel.
Die fünf Dominanzen müssen zusammen 100 % ergeben.
A5
Simpson-Index eines Tümpels
AFB II

Zehn Kescherzüge in einem Tümpel liefern 10 Rückenschwimmer, 6 Wasserläufer und 4 Libellenlarven. Ermitteln Sie Schritt für Schritt den Simpson-Index \(D\).

Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
  1. Individuen insgesamt \(N\):
  2. relative Häufigkeit der Rückenschwimmer \(p_1\):
  3. \(\sum p_i^2\):
  4. Simpson-Index \(D\):
\(N = 20\); \(p = 0{,}5;\ 0{,}3;\ 0{,}2\); \(\sum p_i^2 = 0{,}25 + 0{,}09 + 0{,}04 = 0{,}38\); \(D = 1 - 0{,}38 = 0{,}62\). Mit 62 % Wahrscheinlichkeit gehören zwei zufällig gezogene Tiere zu verschiedenen Arten.
\(p_i = n_i : N\) — für alle drei Arten.
Erst quadrieren, dann addieren, dann von 1 abziehen.
A6
Fünf Stichproben im Vergleich
AFB II

Jede Stichprobe enthält 100 Individuen. Vergleichen Sie die Stichproben nach ihrem Simpson-Index und bringen Sie sie in eine Reihenfolge — den niedrigsten Wert oben.

Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Stichprobe E: 1 Art mit 100 Individuen
2Stichprobe B: 4 Arten mit 70, 10, 10 und 10 Individuen
3Stichprobe C: 2 Arten mit je 50 Individuen
4Stichprobe D: 5 Arten mit 60, 10, 10, 10 und 10 Individuen
5Stichprobe A: 4 Arten mit je 25 Individuen
E: \(D = 0\). B: \(1 - (0{,}49 + 3 \cdot 0{,}01) = 0{,}48\). C: \(1 - 2 \cdot 0{,}25 = 0{,}50\). D: \(1 - (0{,}36 + 4 \cdot 0{,}01) = 0{,}60\). A: \(1 - 4 \cdot 0{,}0625 = 0{,}75\). B hat doppelt so viele Arten wie C und liegt trotzdem knapp darunter — die starke Dominanz einer Art drückt den Index.
Bei 100 Individuen ist \(p_i\) einfach die Individuenzahl geteilt durch 100.
Vergleichen Sie B und C besonders genau — mehr Arten heißt nicht automatisch höherer Index.
A7
Genetische Vielfalt einer Population
MixAFB II

Die genetische Ebene der Biodiversität wird von Evolutionsfaktoren geformt. Ordnen Sie jeden Vorgang danach ein, ob er die Zahl verschiedener Allele in einer Population eher erhöht oder eher verringert.

Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1erhöht die Vielfalt
2verringert die Vielfalt
Mutationen schaffen neue Allele, Zuwanderung (Genfluss) bringt fremde Allele mit, Rekombination erzeugt neue Allelkombinationen. Gendrift und Flaschenhals lassen Allele zufällig verloren gehen, gerichtete Selektion drängt ungünstige Allele zurück. Kleine, isolierte Populationen verlieren deshalb genetische Vielfalt.
Welche Vorgänge bringen Neues hinzu, welche sortieren aus oder lassen Allele zufällig verschwinden?
Rekombination erzeugt keine neuen Allele, aber neue Kombinationen — sie gehört trotzdem zur Seite der Vielfalt.
A8
Trickaufgabe: Eine Art mehr
TrickAFB III

Auf einem Ackerrandstreifen wachsen drei Arten mit je 40 Individuen. Ein Landwirt sät eine vierte Art ein; im nächsten Jahr zählt er unverändert je 40 Individuen der alten Arten und 120 der neuen. Er sagt: „Die Einsaat hat die Diversität erhöht — das zeigt jeder Index.“ Widerlegen Sie die Aussage, indem Sie die Werte vor und nach der Einsaat angeben (auf zwei Nachkommastellen).

Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Kennzahlvorhernachher
Simpson-Index \(D\)
Evenness \(E\)
Vorher: \(p_i = \tfrac{1}{3}\), \(D = 1 - 3 \cdot \tfrac{1}{9} \approx 0{,}67\), \(H = \ln 3 \approx 1{,}10\), \(E = 1\). Nachher (\(N = 240\)): \(p = \tfrac{1}{6}, \tfrac{1}{6}, \tfrac{1}{6}, \tfrac{1}{2}\), \(D = 1 - (3 \cdot \tfrac{1}{36} + \tfrac{1}{4}) \approx 0{,}67\) — unverändert. \(H \approx 1{,}24\) steigt zwar, aber \(E = 1{,}24 : \ln 4 \approx 0{,}90\) sinkt, weil die neue Art dominiert. Die Falle: Eine zusätzliche Art erhöht nicht automatisch jeden Index.
Nach der Einsaat sind es 240 Individuen; die neue Art macht die Hälfte aus.
Für die Evenness brauchen Sie \(H\) und \(\ln S\) mit \(S = 4\).
A9
Ein Protokoll zur Wiesenkartierung
AFB III

Eine Arbeitsgruppe hat zwei Wiesen untersucht. Überprüfen Sie ihr Protokoll.

In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehler: nicht zufällig verteilte Probeflächen, verschiedene Jahreszeiten und die falsche Obergrenze des Shannon-Index. Zeile 6 ist richtig — Artenzahl und Diversitätsindex können auseinanderlaufen.
Prüfen Sie jede Zeile: Sind die Bedingungen für einen fairen Vergleich erfüllt?
Welcher Index hat die Obergrenze 1, welcher \(\ln S\)?
A10
Blühstreifen oder Wegrand?
AFB III

Eine Gemeinde möchte wissen, ob ein neu angelegter Blühstreifen mehr Insektenvielfalt bietet als der regelmäßig gemähte Wegrand daneben. Planen Sie die Untersuchung Schritt für Schritt.

Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
    Eine gute Freilanduntersuchung passt die Methode an die Tiergruppe an, hält den Aufwand gleich, wiederholt die Aufnahmen und leitet nur Aussagen ab, die die Daten tragen.
    Wo halten sich Insekten auf, die Blüten besuchen?
    Vergleichbar ist nur, was mit gleichem Aufwand erhoben wurde.