Schneeschuhhase und Luchs
AFB I–IIIDer Kanadische Luchs ernährt sich überwiegend von Schneeschuhhasen. Die Hudson’s Bay Company kaufte über Jahrzehnte die Felle beider Arten von Fallenstellern an; ihre Handelsbücher sind eine der ältesten Datenreihen der Ökologie (M1). Um die Ursachen der Hasenzyklen zu klären, führten Forscher in den 1990er-Jahren im kanadischen Yukon ein Freilandexperiment durch (M2).
Mehrere je 1 km² große Waldflächen wurden über acht Jahre unterschiedlich behandelt: Auf einigen Flächen erhielten die Hasen zusätzliches Futter, andere wurden mit einem Elektrozaun gegen Luchse und Kojoten gesichert, wieder andere erhielten beides. Kontrollflächen blieben unbehandelt. Gemessen wurde die Hasendichte im Frühjahr zur Zeit des Maximums.
| Behandlung | Hasendichte im Vergleich zur Kontrolle |
|---|---|
| Kontrolle | 1-fach |
| zusätzliches Futter | etwa 3-fach |
| Schutz vor Räubern | etwa 2-fach |
| Futter und Schutz vor Räubern | etwa 11-fach |
- Beschreiben Sie den Verlauf der Fellzahlen beider Arten (M1).
- Erläutern Sie den Verlauf mithilfe der ersten beiden LOTKA-VOLTERRA-Regeln.
- Werten Sie M2 im Hinblick auf die Ursachen der Hasenzyklen aus.
- Beurteilen Sie, inwieweit das LOTKA-VOLTERRA-Modell die Zyklen von Schneeschuhhase und Luchs erklären kann. Berücksichtigen Sie dabei auch die Herkunft der Daten in M1.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Beide Fellzahlen schwanken stark und regelmäßig. Bei den Hasen steigen sie von 30 000 (1900) auf ein Maximum von rund 77 000 (1903), fallen bis 1906 auf etwa 18 000, steigen erneut auf etwa 77 000 (1913) und sinken bis 1917 auf rund 8 000. Die Periode beträgt etwa zehn Jahre. Die Luchsfelle steigen von 4 000 (1900) auf ein Maximum von etwa 59 000 (1904), fallen bis 1910 auf rund 7 000, erreichen 1915 ein zweites Maximum von etwa 51 000 und fallen danach wieder auf unter 10 000. Die Luchsmaxima liegen ein bis zwei Jahre nach den Hasenmaxima; die Hasenzahlen sind meist höher als die Luchszahlen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
1. Regel: Die Zahlen schwanken periodisch, die Räubermaxima folgen phasenverschoben auf die Beutemaxima. Viele Hasen bieten den Luchsen reichlich Nahrung, sie ziehen mehr Junge groß, die Luchszahl steigt mit Verzögerung. Die vielen Luchse erbeuten mehr Hasen, als nachwachsen; die Hasenzahl sinkt. Nun fehlt den Luchsen Nahrung, ihre Zahl sinkt ebenfalls verzögert. Unter geringerem Räuberdruck erholen sich die Hasen, der Zyklus beginnt erneut. 2. Regel: Über die beiden Zyklen schwanken die Werte um annähernd gleichbleibende Mittelwerte; die Beute (Hase) ist im Mittel häufiger als der Räuber (Luchs). Die Daten stimmen damit qualitativ mit den Regeln überein.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Sowohl zusätzliches Futter (etwa 3-fach) als auch der Schutz vor Räubern (etwa 2-fach) erhöhen die Hasendichte. Beide Faktoren begrenzen also die Hasenpopulation. Die Kombination wirkt mit etwa 11-fach deutlich stärker als die Summe oder das Produkt der Einzelwirkungen (3 · 2 = 6): Nahrung und Räuber wirken zusammen. Da die Hasenzahlen auch bei Futter und Räuberschutz nach dem Maximum wieder sanken, reichen die untersuchten Faktoren allein nicht aus, um den Zyklus zu verhindern; weitere Faktoren wie Stress, Krankheiten oder Raubvögel, die der Zaun nicht abhält, spielen eine Rolle. Fazit: Die Hasenzyklen haben mehrere Ursachen; der Luchs ist nur eine davon.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Das Modell beschreibt den Verlauf qualitativ: periodische Schwankungen, Phasenverschiebung der Räuber, im Mittel mehr Beute als Räuber. Es erklärt ihn aber nur teilweise. Seine Annahmen sind verletzt: Die Hasen sind nicht nur durch den Luchs, sondern auch durch Nahrung begrenzt (M2); sie haben weitere Feinde (Kojote, Uhu, Habicht); der Luchs frisst bei Hasenmangel andere Beute. Zudem geben die Daten nicht die Populationsgröße wieder, sondern die Zahl angekaufter Felle; sie hängen von Fellpreisen, der Zahl der Fallensteller und dem Jagdgebiet ab und können Schwankungen verstärken oder verzerren. Hasenzyklen kommen auch in Gebieten ohne Luchse vor. Das Modell ist daher eine nützliche Vereinfachung, die das Grundprinzip der Rückkopplung verständlich macht, aber keine vollständige Erklärung des realen Systems.
Blattläuse im Weizenfeld
AFB II–IIIBlattläuse saugen an Getreidehalmen und können den Ertrag deutlich mindern. Ihre wichtigsten Fressfeinde sind Marienkäfer und deren Larven. Ein Landwirt zählte in einem Weizenfeld wöchentlich beide Arten; am Ende der 6. Woche spritzte er ein Insektizid, das beide Arten zu etwa 90 % abtötete (M3). M4 vergleicht zwei Felder ohne Insektizid, von denen eines einen Blühstreifen am Rand besitzt, der Marienkäfern Pollen, Nektar und Überwinterungsplätze bietet.
| Woche | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Blattläuse je Halm | 2 | 4 | 8 | 14 | 20 | 22 | 5 | 12 | 26 | 38 | 30 | 18 |
| Marienkäfer je m² | 1 | 1 | 2 | 3 | 5 | 7 | 1 | 1 | 2 | 4 | 7 | 9 |
| Feld | höchste Blattlauszahl | höchste Marienkäferzahl |
|---|---|---|
| A: mit Blühstreifen | 12 je Halm (Woche 5) | 12 je m² (Woche 6) |
| B: ohne Blühstreifen | 24 je Halm (Woche 7) | 6 je m² (Woche 8) |
- Zeichnen Sie ein Diagramm zu M3 und tragen Sie die Schadensschwelle ein.
- Deuten Sie den Verlauf nach der Spritzung mithilfe der 3. LOTKA-VOLTERRA-Regel.
- Vergleichen Sie die beiden Felder in M4 und erklären Sie den Unterschied.
- Bewerten Sie Insektizideinsatz und Blühstreifen als Maßnahmen gegen Blattläuse aus ökologischer und ökonomischer Sicht.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Liniendiagramm mit der Woche (1–12) auf der Rechtsachse, links Hochachse „Blattläuse je Halm“ (0–40), rechts Hochachse „Marienkäfer je m²“ (0–10), zwei unterschiedlich gekennzeichnete Kurven mit Legende. Die Schadensschwelle wird als waagerechte Linie bei 15 Blattläusen je Halm eingetragen, der Zeitpunkt der Spritzung (Ende Woche 6) als senkrechte Markierung. Erkennbar: Die Blattläuse überschreiten die Schwelle ab Woche 5, nach der Spritzung erneut ab Woche 9 mit einem höheren Maximum (38 je Halm in Woche 10).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Das Insektizid dezimiert beide Arten gleich stark (auf etwa 10 %). Die Blattläuse erreichen ihren Stand vor der Spritzung (22 je Halm) bereits in Woche 9 wieder und steigen bis Woche 10 auf 38 je Halm — mehr als vor der Spritzung. Die Marienkäfer brauchen bis Woche 11, um wieder 7 je m² zu erreichen. Das entspricht der 3. Regel: Nach gleich starker Dezimierung erholt sich die Beute schneller als der Räuber. Die Blattläuse vermehren sich ohne Räuberdruck ungebremst; die Marienkäfer können sich erst vermehren, wenn wieder genug Beute vorhanden ist. Erst mit der Zunahme der Marienkäfer sinkt die Blattlauszahl ab Woche 11 wieder. Die Spritzung hat das Problem also verstärkt.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Im Feld mit Blühstreifen erreichen die Blattläuse nur ein halb so hohes Maximum (12 statt 24 je Halm), und das zwei Wochen früher; es bleibt unter der Schadensschwelle. Die Marienkäfer sind doppelt so zahlreich (12 statt 6 je m²) und erreichen ihr Maximum ebenfalls zwei Wochen früher. In beiden Feldern folgt das Marienkäfermaximum dem der Blattläuse um eine Woche (1. Regel). Erklärung: Der Blühstreifen bietet den Käfern zusätzliche Nahrung und Überwinterungsplätze; sie sind zu Saisonbeginn zahlreicher und können sich ohne Blattläuse halten. Dadurch ist der Räuberdruck früh hoch, und die Blattläuse werden gebremst, bevor sie sich massenhaft vermehren.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Insektizid: Ökonomisch kurzfristig wirksam und einfach, verursacht aber Kosten für Mittel und Ausbringung. M3 zeigt, dass es die Nützlinge mittrifft und nach der 3. Regel eine stärkere Blattlausvermehrung auslösen kann; dann sind weitere Spritzungen nötig (Folgekosten, Resistenzgefahr). Ökologisch schadet es auch anderen Insekten wie Bestäubern und kann Rückstände in Boden und Gewässern hinterlassen. Blühstreifen: Kostet Anbaufläche und Pflege, wirkt nicht sofort und unterliegt Schwankungen. Ökologisch fördert er Nützlinge, Bestäuber und die Biodiversität; ökonomisch kann er langfristig Pflanzenschutzkosten sparen und Ertragsverluste verhindern (M4: Schadensschwelle nicht erreicht). Urteil: Aus ökologischer Sicht ist der Blühstreifen klar vorzuziehen; ökonomisch lohnt er sich vor allem langfristig. Ein Insektizid sollte nur als letzte Maßnahme und möglichst nützlingsschonend eingesetzt werden. (Andere begründete Urteile sind möglich.)
