Ökologie

Abiotische Faktoren

Nicht lebende physikalische und chemische Komponenten einer Umwelt (beeinflsusen Wachstum, Verbreitung, Lebensfähigkeit) → bilden zusammen den Lebensraum; das Biotop

Abitische Faktoren Temperatur, Licht, Wasser

Temperatur: alle Lebewesen können nur in einem bestimmten Temperaturbereich überleben → bei Temperaturen außerhalb funktioniert der Stoffwechsel nicht mehr richtig; ggf. Tod

Licht: für alle Lebewesen als Energiequelle (Pflanzen: Fotosynthese; Tiere: Tages-/ Nachtrhythmus)

Wasser: für alle Lebewesen zum Überleben wichtig (Hydration mit unterschiedlichen Anforderungen)

Bergmann´ sche Regel

Größenregel

Innerhalb einer Tierart sind die Individuen aus kalten Gebieten gröpßer als solche aus warmen Gebieten (= Wärmebildung ist abhängig vom Körpervolumen)

→ je kälter das Klima, desto größer das Tier

Allen´sche Regel

Proportionsregel

Innerhalb einer Tierart haben die Individuen in kälteren Gebieten kürzere/ kleinere Körperfortsätze als solche in wärmeren Gebieten (= Wärmeabstrahlung ist abhängig von Körperoberfläche)

→ je kälter das Gebiet, desto kleiner die Körperfortsätze

Physiologische und ökologische Potenz

Physiologische Potenz: Toleranz einer Art gegenüber einem Umweltfaktor ohne Konkurrenz

Physiologisches Optimum: höchste Vitalität ohne Konkurrenz

→ perfekte Bedingungen

Ökologische Potenz: Toleranz einer Art gegenüber einem Umweltfaktor unter Konkurrenz

Ökologisches Optimum: höchste Vitalitäz unter Konkurrenz

→ natürliche Bedingungen

Biotische Faktoren

Alle lebenden Komponenten eines Ökosystems (beeinflussen Populationsdynamik, Nahrungsnetz, Artenvielfalt)

Konkurrenz

Lebewesen stehen in Konkurrenz zueinander, wenn sie die gleichen Ressourcen nutzen

• Intraspezifisch: Individuen gleicher Art konkurrieren

• Interspezifisch: Individuen verschiedener Arten konkurrieren

• Konkurrenzausschlussprinzip bei interspezifisch: zwei Arten in einem Lebensraum müssen sich um mindestens einen Faktor unterscheiden (zeitlich, räumlich, funktionell)

Spezialisten: sehr spezialisiert auf Umweltfaktoren

Generalisten: sehr flexibel bezüglich Umweltfaktoren

Parasitismus

Wechselbeziehung zwischen artverschiedenen Lebewesen mit einseitigem Nutzen; der Wirt kann dauerthaft/ temporär geschädigt werden, stirbt i.d.R aber nicht → Parasit ernährt sich vom Wirt und ist von ihm abhängig

Tierischer Parasitismus: Ektoparasiten (außen) und Endoparasiten (innen)

Pflanzlicher Parasitismus: Holoparasiten (voll) und Hemiparasiten (halb)

Parasitoide: Übergang zur Räuber-Beute-Beziehung

Parabiose: ein Partner profitiert ohne den Anderen zu schaden/ nutzen

Symbiose

Wechselbeziehung zwischen ortverschiedenen Lebewesen zu gegenseitigem Nutzen meist in räumlicher Nähe

• Eusymbiose: Partner sind allein überlebensunfähig

• Neutralismus: Beide haben neutrale Auswirkungen

• Parasitismus: ein Partner positive, der andere negative Folgen

• Symbiogenese: Verschmelzung mehrer Organismen zu einem Neuen

Räuber-Beute-Beziehung

Wechselbeziehung zwischen Räuber- und Beuteorganismen

Lotka-Volterra-Regeln: Wechselbeziehung zwischen der Populationsdichte von Räubern und Beute

• Regel der periodischen Zyklen

• Regel der konstanten Mittelwerte

• Regel der Störung der Mittelwerte

Beute und Räuber haben ihr Aussehen/ ihre Fähigkeiten angepasst

→ Räuberanpassungen erhöhen Fangerfolg

→ Beuteanpassungen verbessern Verteidigung

k-Strategen

Modellvorstellung bezieht sich auf Fortpflanzungsstrategien

K-Strategen: langlebige Arten mit wenigen Nachkommen in die viel investiert wird (angepasst an konstante Umwelt)

→ k= Kapazität einer Lebensraumer komplett ausnutzen

r-Strategen

R-Strategen: Atren mit zahlreichen Nachkommen in die wenig investiert wird (angepasst an verändernde Umwelt)

→ r= Reproduktionsrate hoch bis zum Überschuss der Kapazitätsgrenze

Ökologische Nische

Gesamtheit der abiotischen und biotischen Faktoren, die von einer Art beansprucht werden

Jede Art hat charakteristische ökologische Nische

Jeder Lebensraum hat viele “Planstellen”, die von unterschiedlichen Arten besetzt werden

Formen der ökologischen Nische

Fundamentalnische: Nische einer Art ohne Berücksichtigung anderer Arten

Realnische: Teil der Fundamentalnische, die unter natürlichen Bedingungen übrig bleibt

Konvergenz: Vorliegen einer ähnlichen Gestalt und Lebensweise aufgrund Ausbildung ökologischer Nische durch nicht verwandte Arten, die in geografisch getrennten Gebieten leben

Bildung der ökologischen Nische

Ausbildung des Charakteristikum ökologische Nische nennt man Einnischung (zeitlich, räumlich, funktionell)

→ Durch Besiedlung unterschiedlicher Lebensräume

→ Durch Besiedlung unterschiedlicher Körperregionen

→ Durch Entwicklung unterschiedlicher Körpergröße und Sonderung nach Beutegröße

Ökosystem, Biotop, Biozönose Definitionen

Ökosystem: funktionelle und strukturelle Einheit aus Umwelt und Organismen

Biotop: Lebensraum innerhalb Ökosystems mit allen abiotischen Faktoren

Biozönose: Lebensgemeinschaft innerhalb eines Ökosystems mit allen biotischen Faktoren

Trophieebenen

Produzenten: autotrophe Organismen, die mithilfe von Fotosynthese aus anorganischen Stoffen organische Stoffe aufbauen

Konsumenten: heterotrophe Organismen, die direkt oder indirekt die organischen Stoffe der Produzenten verbrauchen

• Herbivoren: Pflanzenfresser (1.)

• Carnivoren: Fleischfresser (2.)

• Omnivoren: Allesfresser (3.,…)

Destruenten: Organismen, die organische Stoffe zu anorganischen abbauen

• Saprovoren: mechanische Zerkleinerung/ Verteilung der organischen Substanz

• Mineralisierer: vollenden Abbauprozess mit biomechanischer Zersetzung

Endothermie (gleichwarm)

Körpertemperatur wird (weitgehend) unabhängig von der Außentemperatur durch körpereigene Stoffwechselprozesse auf einem Niveau gehalten

Ektothermie (wechselwarm)

Körpertemperatur wird durch Außentemperatur bestimmt und durch Verhalten reguliert

Lichtabsorption

Für Mensch sichtbarer Bereich: ca. 400 - 700 nm

Fotosynthesepigmente fangen Licht aus blauen (400-500nm) und roten (600-670nm) Spekralbereich ein

Chlorophyll

Prophynring aus 5 Pyrollringen mit zentralem Magnesium-Ion und Phytol-”Schwanz”

→ Chlorophyll a: 430-660nm

→ Cholophyll b: 450-640nm

Lichtsammelfalle

Fängt lichtquanten verschiedener Wellenlängen ein und leitet Energie zum Reaktionszentrum der Fotosynthese

Aufbau:

• Reaktionszentrum: liegen bei Fotosystemen

• Antennenpigmente: Chlorophylle ordnen sich konzentrisch an, Carotinoide und Xantophylle unterstützen Lichtabsorption und geben Schutz

→ Energie in kürzester Zeit verlustfrei weiterleiten

Chemiosomatisches Modell

Erklärt ATP-Synthese in Lichtreaktion durch Kombination aus Osmose und Redoxreaktionen

1. Protonengradient: Aufbau Konzentrationsunterschied

2. Atp-Synthese: Protonen fließen durch ATP-Synthase zurück ins Stroma

Funktion ATP und NADPH+H+ bei Reduktion PGS zu PGA

ATP: Energiequelle, Umwandlung (ADP als Abfallprodukt)

NADPH+H+: Reduktionsmittel, Phosphatentfernung (NADP+ als Abfallprodukt)

Kohlenstoffkreislauf

Austausch von Kohlenstoff zwischen verschiedenen Umweltkomponenten

1. CO₂-Aufnahme durch Pflanzen

2. Kohlenstoffweitergabe durch Fressen

3. CO₂-Freisetzung durch Atmung

4. Abbau toter Organismen

5. Entstehung & Verbrennung fossiler Brennstoffe

6. CO₂-Speicherung im Wasser

Kurzfristiger Kohlenstoffkreislauf

schneller Austausch von Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Ozeanen, terreristischen Ökosystemen und Biomasse

• wichtige Rolle im täglichen Kohlenstoffaustausch

• innerhalb weniger Jahre bis Jahrzehnte

Langfristiger Kohlenstoffkreislauf

Bewegung von Kohlenstoff über Hunderte bis Millionen von Jahren mit Speicherung in Böden, Sedementen oder fossilem Brennstoff durch geologische Prozesse

• beeinflusst globale Kohlenstoffbilanz und Klima über lange Zeiträume

Sonnenblatt und Schattenblatt

Sonne: kleiner und dicker → Austrocknungsschutz und mehr Chloroplasten

Schatten: größer und dünner → jeden möglichen Sonnenstrahl abfangen, dünnes/ reduziertes Gewebe

Treibhauseffekt

Natürlicher Prozess, der die Erde warm genug macht, um Leben zu ermöglichen

1. Sonne strahlt Energie auf die Erde

2. Teil der Energie von Erdoberfläche absorbiert und in Wärme umgewandelt

3. Erde gibt diese Energie als Infrarotstrahlung wieder ab

4. Treibhausgase in Atmosphäre absorbieren Teil dieser Wärme und strahlen sie zurück zur Erde

Anreicherung eines Schadstoff am Beispiel DDT

1. DDT gelangt durch Landwirtschaft/ Schädlingsbekämpfung in Umwelt

2. Aufnahme durch kleine Organismen → Speicherung im Fettgewebe, also nicht abbaubar

3. Konzentration steigt mit jeder Nahrungskettestufe → Plankton - Fische - Vögel

Nachhaltige Entwicklung und ökologischer Fußabdruck

Entwicklung, die wirtschaftliche, soziale, ökologische Aspekte in Einklang bringt → Ziel: Ressourcen für zukünftige Generationen erhalten

ÖF: Maß für Ressourcenverbrauch eines Menschen/ einer Gesellschaft → gibt an, wie viel Fläche der Erde benötigt wird für Ernährung, Energieverbrauch, Mobilität, Konsumverhalten

Fließgewässer Eigenschaften

= dynamische Ökosysteme, in denen Wasser kontinuierlich in eine Richtung strömt

• Ständiger Wasserfluss

• Hoher Sauerstoffgehalt durch Strömung

• Temperaturunterschiede zwischen Quelle und Mündung

• Unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten

• Selbstreinigungskraft

Fließgewässer Zonierung

1. Quelle

2. Oberlauf

3. Mittellauf

4. Unterlauf

5. Mündung

Fließgewässer abiotische Faktoren

• Strömung

• Temperatur

• Sauerstoff

• pH-Wert

• Struktur

Fließgewässer biotische Faktoren

• Produzenten, Konsumenten, Destruenten

• Räuber-Beute-Beziehungen

• Intraspezifische und interspezifische Konkurrenz

• Parasitismus und Symbiose

Fließgewässer Nährstoffkreisläufe

• Kohlenstoffkreislauf

• Stickstoffkreislauf

• Phosphorkreislauf

Fließgewässer Selbstreinigung

Verdünnung, Sedimentation, biologischer Abbau, Aufnahme durch Pflanzen

Gefahren: Eutrophierung, landwirtschaftliche Schadstoffe, übermäßige Nutzung des Menschen

Fließgewässer anthropogene Einflüsse

Einflüsse des Menschen: Landwirtschaft, Industrie, Abwasser, Flussbegradigungen

Maßnahmen zum Schutz: Kläranlagen, Renaturierung, Pufferzonen, nachhaltige Landwirtschaft