Erschienen: 30.06.2013 Abbildung von Becks | Complex dynamics in microbial systems | 1. Auflage | 2013 | beck-shop.de

Becks

Complex dynamics in microbial systems

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Buch. Softcover

2013

84 S.

In englischer Sprache

Logos. ISBN 978-3-8325-1557-7

Format (B x L): 14,5 x 21 cm

Produktbeschreibung

Die Erforschung von zeitlichen und räumlichen Populationsdynamiken hat eine lange Geschichte und geht zurück auf das frühe 20. Jahrhundert. Sowohl intrinsische als auch extrinsische Mechanismen sind am zeitlichen und räumlichen Auftreten von Populationen und Arten beteiligt. Dabei können sich verschiedene dynamische Muster in Abhängigkeit von der Stärke und dem Wechselspiel der beiden Mechanismen ergeben. Deterministischem Chaos, das Aussterben einer oder mehrere Populationen, gedämpfte Oszillationen und stabile Grenzzyklen sind intrinsisch gesteuerte dynamischen Muster, die durch die Änderung intrinsischer Parameter - Kontrollparameter -auftreten können. Die Tatsache, dass intrinsisch gesteuerte Populationsdynamiken mit extrinsischen, oft zufälligen Dynamiken, interagieren, macht Analysen von intrinsischen Dynamiken schwierig, was zu einer andauernden Diskussion über die Bedeutung intrisich gesteuerter Dynamiken in der Natur geführt hat. Insbesondere die große Diskrepanz zwischen empirischen Nachweisen und Ergebnissen mathematischer Modelle belebt die Diskussion immer wieder. Theoretische Arbeiten zeigen deutlich die Bedeutung intrinsisch gesteuert Dynamiken während eindeutige empirische Nachweise selten sind. Die Frage nach der Bedeutung von Chaos für Populationen hat die größte Kontroverse hervorgerufen. Neben der Sensitivität gegenüber kleinsten Störungen und evolutionären Argumenten, ist vor allem der fehlende empirische Nachweis ein Argument, dass gegen das Auftreten von Chaos in natürlichen Gemeinschaften spricht. Denn bis jetzt war der Nachweis auf ein Ein-Arten System beschränkt. Somit ist die Frage, ob Chaos in der 'realen' Welt vorkommt und unter welchen Umständen Chaos beobachtet werden kann, bis heute offen.

Um intrinsisch gesteuerte Dynamiken in einem Mehr-Arten System zu analysieren, wurden klar definierte Laborexperimente durchgeführt. Verschiedenen dynamischen Verhaltensweisen konnten in Chemostatexperimenten mit einem bakterivoren Cilliaten als Räuber und zwei Bakterienarten als Beuteorganismen aufgezeigt werden. Die verschiedenen Populationsdynamiken - Aussterben, gedämpfte Oszillationen, stabile Grenzzyklen und Chaos - konnten durch Änderungen der Verdünnungsrate (Kontrollparameter) eingestellt und mittels der Berechnung des korrespondierenden Lyapunov Exponenten verifiziert werden. Dies ist der erste experimentelle Nachweis für Chaos in einem Drei-Arten System. In weiteren Versuchen konnte gezeigt werden, dass das mikrobielle Nahrungsgewebe erstaunlich schnell zwischen den verschiedenen dynamischen Verhaltensweisen wechselt (4 - 7 Tage), wenn die Verdünnungsrate (Kontrollparameter) geändert wird. Die Dynamiken in den Experimenten waren weiterhin beständig gegenüber einem konstanten oder fluktuierenden Zulauf von Organismen aus vorgeschalteten Chemostaten. Das dynamische Verhalten der Populationen war allein von der etablierten Verdünnungsrate im Chemostaten abhängig.
Die vorliegende Arbeit konnte mehr Aufschluss über die Bedeutung von Chaos und intrinsisch gesteuerten Dynamiken geben. Räumlich und zeitlich begrenztes Chaos ist wahrscheinlicher, als allgemein angenommen. Dafür spricht vor allem der hier erbrachte Nachweis von chaotischen Dynamiken in einem Mehrarten-System. Des Weiteren sind intrinsisch gesteuerte Dynamiken persisierend, auch wenn sie durch einen konstanten oder fluktuierenden Zulauf von Organismen gestört werden, woraus man schließen kann, das sich komplexe Dynamiken wie Chaos in konstanten Lebensräumen ausbilde kann (z. B. in Fliessgewässern, ozeanischen Strömungen oder Grundwasserabflüssen). Der schnelle Wechsel zwischen verschiedenen Dynamiken nach einem Wechsel des Kontrollparameters zeigt, wie stark intrinsische Kräfte auf ein System einwirken können. Mikrobielle Gemeinschaften mit ihren hohen Vermehrungsraten sind mögliche Kandidaten, die Chaos und andere intrinsisch gesteuerte, komplexe Dynamiken in der Natur zeigen können. Denn in mikrobiellen Gemeinschaften können sich komplexe Dynamiken - darunter eben auch chaotische Dynamiken - schneller etablieren, als dass sie von außen gestört werden. Zusätzlich können zu kleine Probenameintervalle dazu führen, dass Chaos, aber auch andere Dynamiken in der Natur übersehen werden.

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