1966 John Merritt Emlen, Robert MacArthur und Eric Pianka umreißen das Konzept des optimalen Nahrungserwerbs in zwei Artikeln im Magazin American Naturalist.
SPÄTER
1984 Der argentinischbritische Zoologe Alejandro Kacelnik erforscht die Nahrungssuche von Staren, um das Grenzertragstheorem zu bestätigen.
1986 Der belgische Ökologe Patrick Meire erforscht die Beutewahl bei Austernfischern.
1989 Die Schweizer Umweltforscher Thomas Wolf und Paul Schmid-Hempel untersuchen, wie das Gewicht des von Bienen getragenen Nektars ihre Nahrungssuche beeinflusst.
Jede Pflanzen- und Tierart braucht Ressourcen, um zu überleben. Pflanzen nehmen Nährstoffe und Wasser aus dem Boden und das Sonnenlicht liefert Energie für die Fotosynthese. Tiere müssen meist härter arbeiten – sie müssen sich bewegen und das erfordert weitere Ressourcen. Die Theorie des optimalen Nahrungserwerbs (auch optimale Nahrungsnutzung oder Optimal Foraging genannt) geht davon aus, dass Tiere Ressourcen möglichst effizient erwerben und unnötigen Energieaufwand vermeiden. Nach Nahrung zu suchen und sie aufzunehmen erfordert Zeit und Energie. Für die größte evolutionäre Fitness muss das Tier den maximalen Nutzen mit minimalem Aufwand erzielen. Mit der Theorie des optimalen Nahrungserwerbs lässt sich die beste Strategie vorhersagen.
»Das Ernährungsspektrum dürfte breiter sein, wenn Nahrung knapp ist, und schmaler, wenn Überfluss herrscht.«
Eric Pianka On Optimal Use of a Patchy Environment, in: American Naturalist, 1966
Nahrungserwerb
Die erste Theorie des Nahrungserwerbs entstand erst Mitte der 1960er-Jahre, als die US-Amerikaner Robert MacArthur und Eric Pianka erforschten, warum sich Tiere, wenn ein breites Nahrungsangebot verfügbar ist, dennoch auf wenige bevorzugte Beutetypen beschränken. Demnach sollte die natürliche Selektion Tiere bevorzugen, deren Verhalten die Nettoenergieaufnahme relativ zum Zeitaufwand maximiert. Dieser Zeitaufwand umfasst die Suche bzw. Jagd sowie das Töten und Fressen der Beute (»Handhabungszeit«).
Diese Idee haben die US-Ökologen Ronald Pulliam und Eric Charnov sowie der Australier Graham Pyke weiterentwickelt. Demnach scheint die Theorie des optimalen Nahrungserwerbs am besten auf bewegliche Tiere zuzutreffen, die unbewegte Nahrung suchen; manche meinen, dass sie bei beweglicher Beute weniger relevant ist.
»Das erwartete Verhalten von Tieren in Bezug auf die verfügbaren Ressourcen kann genutzt werden, um die biotische Struktur von Gemeinschaften vorherzusagen.«
Ronald Pulliam The Principle of Optimal Behaviour and the Theory of Communities, in: Perspectives in Ethology, 1976
Grundlegende Wahl
Tiere müssen auswählen, welche Sorte Nahrung sie bevorzugen, was oft schwierig ist. So studierten die US-Amerikaner Howard Richardson und Nicolaas Verbeek Sundkrähen, die Muscheln in der Gezeitenzone in British Columbia fressen. Die Krähen mussten einigen Aufwand betreiben, um die Muscheln auszugraben und die Schalen zu öffnen. Kleine Muscheln wurden oft nicht geknackt. Daraus schlossen die Ökologen, dass die Krähe die Handhabungszeit gegen die Nahrungsmenge abwägen muss. Der Aufwand dafür, eine kleine Muschel zu knacken, wird besser eingesetzt, um eine größere auszugraben. Eine ähnliche Studie stellte fest, dass Austernfischer die größten Muscheln ignorieren – deren dicke Schalen voller Seepocken waren schwer zu öffnen. Die Vögel hatten mehr von dünnschaligen Muscheln, obwohl diese kleiner waren.
Tiere müssen auch entscheiden, wann und wo sie fressen. Je länger etwa ein Star in einem Stück Grasland bleibt, desto schwieriger wird es, Beute zu finden. Er muss also entscheiden, wann er den Ort wechselt – ein Beispiel für das Grenzertragstheorem. Tiere müssen noch weitere Faktoren in Betracht ziehen, etwa die Menge an Prädatoren, die Zahl der Konkurrenten um die gleiche Nahrung sowie die Folgen menschlicher Aktivitäten.
Austernfischer nutzen, anders als ihr Name vermuten lässt, vor allem Mies- und Herzmuscheln als Nahrungsquelle. Ohne sie müssen die Vögel weiter im Binnenland nach Nahrung suchen.
Echoortung
Neue technische Hilfsmittel haben Forschungen über die Jagdstrategien von Tieren sehr erleichtert. Insektenfressende Fledermäuse nutzen im Dunkeln die Echoortung (auch Biosonar genannt), um fliegende Beute wie Mücken oder Motten zu finden und zu verfolgen. Ein japanisches Wissenschaftlerteam erforschte die Nahrungsgewohnheiten von Fledermäusen mit Mikrofonen und mathematischen Modellanalysen. Sie nahmen die Rufe und Flugbahnen der Fledermäuse auf und fanden heraus, dass sie ihr Sonar nicht nur auf die gerade verfolgten Insekten richten, sondern gleichzeitig auf die, die sie als Nächstes jagen wollen.
Das Team fand auch Hinweise, dass die Tiere bei ihrer Flugbahn zwei Schritte vorausdenken, ähnlich wie ein guter Schachspieler. Sie maximierten nicht nur ihren Energiegewinn, indem sie gleichzeitig mehrere Insekten verfolgten, sondern minimierten auch ihren Energieaufwand, indem sie bei der Jagd eine möglichst kurze Strecke wählten. Dieses Verhalten passt gut zur Theorie des optimalen Nahrungserwerbs.
PARASITEN UND KRANKHEITSERREGER REGULIEREN POPULATIONEN WIE DIE RÄUBER
ÖKOLOGISCHE EPIDEMIOLOGIE
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUREN
Roy Anderson (*1947),
Robert May (*1936)
FRÜHER
1662 Der englische Kurzwarenhändler John Graunt analysiert die Todesarten in London statistisch in Natural and Political Observations made upon the Bills of Mortality.
1927 Die Schotten Anderson Gray McKendrick und William Ogilvy Kermack entwickeln ein epidemisches Modell für infizierte, nicht infizierte und gesunde Individuen.
SPÄTER
1996 Der US-Epidemiologe James S. Koopman fordert den stärkeren Einsatz von Computern, um zu simulieren, wie sich Krankheiten ausbreiten.
2018 Ein weltweites Team verfolgt die Ausbreitung eines Pilzes, der Frösche dezimiert.
Die Epidemiologie erforscht, wie sich Krankheiten in einer Population ausbreiten. Ursprünglich stand dabei der Mensch im Vordergrund, inzwischen werden die Methoden aber auch für Populationen anderer Lebewesen effektiv angewendet.
Ökologen erkannten früh, dass die Größe einer
