Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Gesetz des Schwächeren - Nicht nur starke Arten setzen sich durch

13.02.2009
Die Auslöschung von Arten ist eine Folge ihrer Unfähigkeit, sich an neue Umweltbedingungen anzupassen, und ihrer Konkurrenz mit anderen Spezies.

Neben der Selektion und der Bildung neuer Arten gehört die Möglichkeit der Adaptation damit zu den Triebfedern der Evolution. Nach der seit Darwin bekannten Interpretation erhöhen diese Prozesse insgesamt die sogenannte "Fitness" der Spezies, denn von zwei konkurrierenden Arten würde nur die stärkere überleben. LMU-Forscher haben nun den Verlauf eines zyklischen Wettbewerbs dreier Arten simuliert.

Dabei ist jede Spezies einer anderen Art überlegen, während sie von einem dritten Interaktionspartner geschlagen wird. "Bei dieser Form der kreisförmiger Konkurrenz erweist sich fast ausnahmslos die schwächste Spezies als Gewinner", berichtet Professor Erwin Frey, der Leiter der Studie. "Die beiden stärkeren Arten sterben dagegen aus, wie Experimente an Bakterien bereits gezeigt haben. Unser Ergebnis ist nicht nur eine große Überraschung, sondern auch wichtig für das Verständnis der Evolution von Ökosystemen und die Entwicklung neuer Strategien zum Schutz von Arten." (Physical Review Letters, 13. Februar 2009)

Ökosysteme setzen sich aus einer großen Zahl verschiedener Arten zusammen, die interagieren und miteinander um die knappen Ressourcen in Konkurrenz stehen. Dieser Wettbewerb zwischen Spezies wirkt sich wiederum auf die Wahrscheinlichkeit aus, mit der sich Individuen fortpflanzen können und überleben - also Geburt und Tod. All diese Prozesse beruhen in großem Maße auch auf rein rechnerischen Wahrscheinlichkeiten, wodurch sich Fluktuationen ergeben, die letztlich zum Artensterben führen. Man weiß, dass auf der Erde bis zu 50 Spezies pro Tag ausgelöscht werden, was in dieser hohen Rate auch auf den Einfluss des Menschen zurückzuführen ist.

Das Phänomen Artensterben an sich aber kann nicht vollständig vermieden werden - und ist auch noch wenig verstanden. Die theoretische Ökologie und die Biophysik untersuchen deshalb intensiv Bedingungen und Mechanismen, die sich auf die Biodiversität der Erde auswirken. Der zyklische Wettbewerb etwa ist ein wichtiger Spezialfall der Konkurrenz: Dabei ist jeder Teilnehmer einem anderen Interaktionspartner überlegen, wird von einem dritten aber geschlagen. Im Ökosystem wären das im vereinfachten Modell drei Subpopulationen, die sich reihum dominieren. Tatsächlich kennt man bereits aus verschiedenen Habitaten entsprechende und auch komplexere Gemeinschaften, die diesen Regeln folgen.

Eine derart kreisförmige Interaktion ist auch als Spiel unter dem Namen "Stein-Schere-Papier" bekannt. Dabei macht der Stein die Schere stumpf, die dafür das Papier schneidet, das wiederum den Stein einwickelt. Zusammen bilden diese nicht-hierarchischen Beziehungen eine Kreisbewegung. "Das Spiel kann helfen, die Artenvielfalt zu beschreiben", so Frey. "Hintergrund ist ein Teilgebiet der Mathematik, die so genannte Spieltheorie, in diesem Fall die evolutionäre Spieltheorie. Sie hilft, Systeme mit mehreren Akteuren zu analysieren, deren Interaktionen denen in Gesellschaftsspielen ähneln."

Mit Hilfe der Spieltheorie kann man auch die gemeinsame Entwicklung von Populationen untersuchen. In ihrer Untersuchung entwarfen die Wissenschaftler um Frey aufwendige Computersimulationen, um die Wahrscheinlichkeiten zu berechnen, mit denen Arten im zyklischen Wettbewerb überleben. Die Koexistenz von drei Spezies waren der Ausgangspunkt der Systeme, die bis zur Auslöschung zweier Arten - mit der dritten als einzig verbleibendem Überlebenden - liefen. "Dabei zeigte sich, dass bei großen Populationen die schwächste Art mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit der Sieger war", so Frey.

Dieses "Gesetz des Schwächeren" trat selbst dann auf, wenn der Unterschied zwischen den konkurrierenden Spezies gering war. "Dieses Resultat war auch für uns unerwartet", berichtet Frey. "Es zeigt aber einmal mehr, dass die Dynamik eines Ökosystems in hohem Maße auch auf Wahrscheinlichkeiten beruht - und der Zufall eine wichtige Rolle dabei spielt. In Experimenten, die vor ein paar Jahren an Bakterien durchgeführt wurden, um eine zyklische Konkurrenz zu untersuchen, gab es übrigens ein eindeutiges Ergebnis: Die schwächste der drei Arten ging als Sieger aus dem Wettbewerb hervor."

Das Projekt wurde vom Exzellenzcluster "Nanoinitiative Munich (NIM)" unterstützt, dem Professor Erwin Frey angehört. (suwe)

Publikation:
"Zero-one survival behavior of cyclically competing species",
Maximilian Berr, Tobias Reichenbach, Martin Schottenloher and Erwin Frey,
Physical Review Letters, 13. Februar 2009
Ansprechpartner:
Professor Dr. Erwin Frey
Arnold-Sommerfeld-Center für Theoretische Physik der LMU
Tel.: 089 / 2180 - 4537
Fax: 089 / 2180 - 4538
E-Mail: frey@lmu.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Diabetesforschung: Neuer Mechanismus zur Regulation des Insulin-Stoffwechsels gefunden
06.12.2016 | Universität Osnabrück

nachricht Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert
06.12.2016 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weiterbildung zu statistischen Methoden in der Versuchsplanung und -auswertung

06.12.2016 | Seminare Workshops

Bund fördert Entwicklung sicherer Schnellladetechnik für Hochleistungsbatterien mit 2,5 Millionen

06.12.2016 | Förderungen Preise

Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft

06.12.2016 | Agrar- Forstwissenschaften