Ökologie

Ökologie, auch Bioökologie , Bionomik oder Umweltbiologie genannt, untersucht die Beziehungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt. Einige der dringendsten Probleme in menschlichen Angelegenheiten - Bevölkerungswachstum, Nahrungsmittelknappheit, Umweltverschmutzung einschließlich der globalen Erwärmung, Aussterben von Pflanzen- und Tierarten und alle damit verbundenen soziologischen und politischen Probleme - sind in hohem Maße ökologisch.

Das Wort Ökologie wurde vom deutschen Zoologen Ernst Haeckel geprägt, der den Begriff Ökologie auf das „Verhältnis des Tieres sowohl zu seiner organischen als auch zu seiner anorganischen Umwelt“ anwendete. Das Wort kommt aus dem Griechischen oikos und bedeutet "Haushalt", "Zuhause" oder "Wohnort". Die Ökologie befasst sich also mit dem Organismus und seiner Umwelt. Das Konzept der Umwelt umfasst sowohl andere Organismen als auch die physische Umgebung. Es beinhaltet Beziehungen zwischen Individuen innerhalb einer Population und zwischen Individuen verschiedener Populationen. Diese Wechselwirkungen zwischen Individuen, zwischen Populationen und zwischen Organismen und ihrer Umwelt bilden ökologische Systeme oder Ökosysteme. Ökologie wurde verschiedentlich definiert als "Untersuchung der Wechselbeziehungen von Organismen mit ihrer Umwelt und untereinander", als "Ökonomie der Natur" und als "Biologie der Ökosysteme".

Historischer Hintergrund

Die Ökologie hatte keine festen Anfänge. Es entwickelte sich aus der Naturgeschichte der alten Griechen, insbesondere Theophrastos, einem Freund und Mitarbeiter von Aristoteles. Theophrastus beschrieb zunächst die Wechselbeziehungen zwischen Organismen und zwischen Organismen und ihrer nicht lebenden Umgebung. Spätere Grundlagen für die moderne Ökologie wurden in den frühen Arbeiten von Pflanzen- und Tierphysiologen gelegt.

Anfang und Mitte des 20. Jahrhunderts untersuchten zwei Gruppen von Botanikern, eine in Europa und eine in den Vereinigten Staaten, Pflanzengemeinschaften aus zwei verschiedenen Blickwinkeln. Die europäischen Botaniker befassten sich mit der Untersuchung der Zusammensetzung, Struktur und Verteilung von Pflanzengemeinschaften. Die amerikanischen Botaniker untersuchten die Entwicklung von Pflanzengemeinschaften oder die Nachfolge (siehe Gemeindeökologie: Ökologische Nachfolge). Sowohl die Pflanzen- als auch die Tierökologie entwickelten sich getrennt, bis amerikanische Biologen die Wechselbeziehung zwischen Pflanzen- und Tiergemeinschaften als biotisches Ganzes betonten.

Im gleichen Zeitraum entwickelte sich ein Interesse an der Bevölkerungsdynamik. Die Untersuchung der Bevölkerungsdynamik erhielt zu Beginn des 19. Jahrhunderts besondere Impulse, nachdem der englische Ökonom Thomas Malthus auf den Konflikt zwischen der Bevölkerungszunahme und der Fähigkeit der Erde zur Nahrungsversorgung aufmerksam gemacht hatte. In den 1920er Jahren entwickelten der amerikanische Zoologe Raymond Pearl, der amerikanische Chemiker und Statistiker Alfred J. Lotka und der italienische Mathematiker Vito Volterra mathematische Grundlagen für die Untersuchung von Populationen. Diese Studien führten zu Experimenten über das Zusammenspiel von Raubtieren und Beutetieren sowie über Wettbewerbsbeziehungen zwischen Arten und die Regulierung der Populationen. Untersuchungen zum Einfluss des Verhaltens auf die Populationen wurden durch die Anerkennung der Territorialität bei Brutvögeln im Jahr 1920 angeregt. Konzepte des instinktiven und aggressiven Verhaltens wurden vom österreichischen Zoologen Konrad Lorenz und dem in den Niederlanden geborenen britischen Zoologen Nikolaas Tinbergen entwickelt, und die Rolle des Sozialverhaltens bei der Regulierung der Bevölkerung wurde vom britischen Zoologen Vero Wynne-Edwards untersucht. (Siehe Populationsökologie.)

Während einige Ökologen die Dynamik von Gemeinden und Bevölkerungsgruppen untersuchten, befassten sich andere mit Energiebudgets. Im Jahr 1920 führte der deutsche Süßwasserbiologe August Thienemann das Konzept der trophischen oder Fütterungsniveaus (siehe trophisches Niveau) ein, bei dem die Energie von Lebensmitteln durch eine Reihe von Organismen von grünen Pflanzen (den Erzeugern) bis zu mehreren übertragen wird Tierbestand (Verbraucher). Der englische Tierökologe Charles Elton (1927) entwickelte diesen Ansatz mit dem Konzept ökologischer Nischen und Pyramiden von Zahlen weiter. In den 1930er Jahren entwickelten die amerikanischen Süßwasserbiologen Edward Birge und Chancey Juday bei der Messung der Energiebudgets von Seen die Idee der Primärproduktivität, der Geschwindigkeit, mit der Nahrungsenergie durch Photosynthese erzeugt oder festgelegt wird. 1942 entwickelte Raymond L. Lindeman aus den USA das trophisch-dynamische Konzept der Ökologie, das den Energiefluss durch das Ökosystem detailliert beschreibt. Quantifizierte Feldstudien zum Energiefluss durch Ökosysteme wurden von den Brüdern Eugene Odum und Howard Odum aus den USA weiterentwickelt. Ähnliche frühe Arbeiten zum Nährstoffkreislauf wurden von JD Ovington aus England und Australien durchgeführt. (Siehe Gemeindeökologie: Trophäenpyramiden und Energiefluss; Biosphäre: Energiefluss und Nährstoffkreislauf.)

Die Untersuchung sowohl des Energieflusses als auch des Nährstoffkreislaufs wurde durch die Entwicklung neuer Materialien und Techniken - Radioisotopen-Tracer, Mikrokalorimetrie, Informatik und angewandte Mathematik - angeregt, die es Ökologen ermöglichten, die Bewegung bestimmter Nährstoffe und Energie zu kennzeichnen, zu verfolgen und zu messen Ökosysteme. Diese modernen Methoden (siehe unten Methoden in der Ökologie) haben eine neue Stufe in der Entwicklung der Ökologie angeregt - die Systemökologie, die sich mit der Struktur und Funktion von Ökosystemen befasst.