Zusammenfassung OBOE I WS05 Küppers Botanik (nach

Zusammenfassung OBOE I WS05 Küppers Botanik (nach Stichwortliste)
Was sind die wichtigsten Unterschiede zw. Prokaryonten und Eukaryonten?
prokaryotische Zelle
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
eukaryotische Zelle
sind die Zellen von Bakterien (Bacteria
und Archaea)
besitzen keinen Zellkern, die DNA liegt als
in sich geschlossenes Molekül (als
Bakterienchromosom oder Plasmid) frei im
Cytoplasma vor (nackt)
besitzen keine membranumgebenen
Zellorganellen
•
besitzen kein Cytoskelett
es gibt nur eingeschränkt die Fähigkeit zur
Differenzierung (siehe Sporulation,
Myxobakterien)
Zellgröße: ~1μ
Ribosomen 70S
Geißeln 2-11 Fibrillen
Sexualität DNS-Übertragung
besitzen keine Kernmembran, ER,
Mikrotubuli, Mitochondrien und
Dyctiosomen
Membran: Eubakterien (unverzweigtes
Ester), Archeabakterien (verzeigtes Ether)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
sind tierische und pflanzliche Zellen sowie
Pilze und Protisten, also sowohl Einzeller
als auch Mehrzeller
besitzen einen Zellkern, der die DNA
(Chromosomen) enthält
besitzen neben dem Zellkern weitere
Zellorganellen wie Mitochondrien,
Plastiden (nur Pflanzen), ER, GolgiApparat und Vesikel, Peroxisomen,
Lysosomen (nur Tiere), Vakuolen (nur
Pflanzen)
besitzen ein Cytoskelett
Zellen von Mehrzellern haben die
Fähigkeit zur Differenzierung
Zellgröße: ~10μ
Ribosomen 80S
9+2 Struktur
Sexualität meist Zygotenbildung und
Meiose
besitzen Kernmembran, ER, Mikrotubuli,
Mitochondrien und Dyctiosomen
Membran: unverzweigtes Ester
Merkmale um die Organismen grob einzuordnen
Merkmal
Cytoplasma
Prokaryoten /
Bakterien
+
Tiere
+
Eukaryoten / Lebewesen außer Bakterien
Pilze
Pflanzen
+
+
Zellmembran
+
+
+
+
Kern
-
+
+
+
Mitochondrien
-
+
+
+
Vakuole
-
-
+
+
Plastiden
-
-
-
+
Zellwand
+/- (Murein u.a.)
-
+ (Chitin)
+ (Cellulose)
Einführende Begriffe der Biogeografie
Die Biogeographie bzw. -grafie ist sowohl eine geographische als auch eine biologische
Forschungsrichtung. Sie befasst sich mit der heutigen Verbreitung, erdgeschichtlichen Entwicklung
und den Umweltbeziehungen der Tier- und Pflanzenarten sowie mit der Verbreitung und den
räumlichen Mustern von Lebensgemeinschaften, Ökosystemen und Biomen. Sie sieht die Lebewesen
als
•
•
•
Geofaktoren (Flora und Fauna)
Elemente der Landschaften
Bioindikatoren
zur Kennzeichnung der Erdräume und der dort existierenden Wirkungsgefüge.
Die Biogeografie kann in zwei Teildisziplinen eingeteilt werden:
•
Die Phytogeographie (Pflanzengeographie) ist die Lehre von der räumlichen Verbreitung der
Pflanzen und Pflanzengesellschaften.
1
•
Die Zoogeographie (Tiergeographie) ist die Wissenschaft von der räumlichen Verbreitung der
Tiere. Analog zu den Florenreichen gibt es hier Faunenprovinzen.
Interaktion Klima - Boden Vegetation
2
Klimazonen: Wie kommen sie zustande? (Hadley Zellen)
(Die folgenden beiden Schaubilder sind ähnlich, aber unterscheiden sich in ihrer Sprache und in ihrer Ausführung,
daher sind beide aufgeführt)
3
Grobe Vereinfachung
(http://de.wikipedia.org/wiki/Planetarische_Zirkulation)
Aus der Erwärmung der Luft über dem Äquator (a) resultieren durch Einwirkung der Corioliskraft (b) je
drei schlauchförmige Luftzirkulationszellen pro Hemisphäre (c, d)
(1)...Hadley-Zellen und Passatwinde
Wesentliche Energiequelle für die zu beschreibenden Bewegungen ist die Sonne, die den
äquatornahen Regionen der Erde viel Energie zuführt, den polaren Regionen wenig (siehe
Sonneneinstrahlung, Globalstrahlung). Das Temperaturgefälle zwischen Tropen und Polarregionen
bedeutet daher grundsätzlich ein Luftdruckgefälle (siehe Luftdruck, Druckgradientkraft):
•
•
•
•
Am Äquator steigt erwärmte Luft auf.
In Bodennähe strömt (kältere) Luft in Richtung Äquator nach (Bild a).
Wegen der Erddrehung (und der daraus resultierenden Corioliskraft) werden Bewegungen auf
der Nordhalbkugel in Bewegungsrichtung nach rechts abgelenkt, auf der Südhalbkugel in
Bewegungsrichtung nach links, und eine äquatorwärts strömende Luftmasse wird dadurch auf
der Nordhalbkugel zum Nordostwind, auf der Südhalbkugel zum Südostwind (Bild b).
In der Höhe kommt es zu Ausgleichsströmungen: Luftmassen, die über dem Äquator
aufgestiegen sind, strömen in der Höhe wieder polwärts. In der Höhe eingehende Luftmassen
sinken am Pol ab (Bilder a, b)
4
Allgemeine Klimadiagramme der verschiedenen Vegetationstypen
5
6
Zonobiome der Erde (= Biome (àVegetationstypen) geographischer Breiten)
Gliederung:
- Tundra
- boreale Nadelwald = Taiga
- sommergrüne Laubwälder
- warmtemperierte Regen- und Lorbeerwälder
- mediterrane Vegetation
- Steppen
- Halbwüsten und Wüsten
- Savannen
- tropische Regenwälder
1. Tundra
Beispiele für ein typisches Klimadiagramm
Klimazone
arktische Region, kaum antarktisch
Klimamerkmale
extreme Winterkälte bei geringen Niederschlägen à humid
Vegetationsperioden
sehr kurze Vegetationsperiode, aber zum Teil 24-Std.-Tage
7
typische Bodeneigenschaften
Permafrostböden (nur oberflächlich tauend) à keine tiefen Wurzeln, keine Bäume
geringe Nährstoffverfügbarkeit wegen langsamer Mineralisierung
Anreicherung organischer Substanz im Boden
Beispiele für Pflanzen
Flechten, Moose, Gräser, Seggen
2. borealer Nadelwald = Taiga
Beispiele für ein typisches Klimadiagramm
Klimazone
nur auf der Nordhalbkugel (entsprechende Landmasse auf Südhalbkugel fehlt)
Klimamerkmale
ausreichende Niederschläge (erlauben Baumwachstum)
Vegetationsperioden
lange, kühle Winter, aber längere Vegetationsperiode als Tundra
typische Bodeneigenschaften
mäßige bis schlechte Nährstoffmineralisation, daher mäßige Nährstoffverfügbarkeit für Pflanzen
à Wurzelkonkurrenz
Permafrost erst in tieferen Bodenschichten möglich
Beispiele für Pflanzen
Pinus-Arten, Picea, Larix (wechselgrün), Alnus incana (außer Japan)
3. Sommergrüne Laubwälder
Beispiele für typisches Klimadiagramm
Klimazone
ganzjährig gemäßigt humid
Klimamerkmale
hohe gemäßigte Jahresmitteltemperatur
Vegetationsperioden
kurze frostfreie Periode (Permafrostböden)
gemäßigte Winter
typische Bodeneigenschaften
gute Mineralisierung des Bodens
Beispiele für Pflanzen
Fagus, Taxus, Abies, Cornus
4. mediterrane Vegetation
Beispiele für typisches Klimadiagramm
Klimazone
Mittelmeerraum
Klimamerkmale
Niederschläge ähnlich wie in der memoralen Zone, jedoch
8
Vegetationsperioden
sommerliche Trockenheit, ausgiebige Winterregen
typische Bodeneigenschaften
Mineralisierung im Boden oftmals an Niederschläge gekoppelt
Beispiele für Pflanzen
Pinus halepensis, Chamaerops humilis
5. Steppen
Beispiele für typisches Klimadiagramm
Klimazone
Humid-arid, gemäßigt
Klimamerkmale
Schneereiche Winter mit viel Frost, im Sommer negative Wasserbilanz bei Pflanzen
Vegetationsperioden
Große Temperaturunterschiede zwischen Sommer (recht warm) und Winter (kalt)
typische Bodeneigenschaften
nährstoffreiche Schwarzerdeböden
Beispiele für Pflanzen
Stipa-Arten, Adonis vernalis, Leon topodium
6. Halbwüsten und Wüsten
Beispiele für typisches Klimadiagramm (Halbwüsten)
Klimazone
Warm-arid mit unregelmäßigen Frösten/winterkalt
Klimamerkmale
Extrem aride Trockenzone (subtropisch), sehr wenig Niederschlag, Tau- und Nebelbildung bei
Ausstrahlungsabkühlung
Vegetationsperioden
Sommer sehr arid, Winter leicht humid, negative Wasserbilanz
typische Bodeneigenschaften
Wasserstrom von unten nach oben, Salzkrustenbildung, hohe potentielle Evaporation
Beispiele für Pflanzen
Ephorbia, Tamarix, Coreus giganteus (warm-aride Zone) – Artemisia tridentate, Chenopodias
(winterkalte Zone)
9
7. Savannen
Beispiele für typisches Klimadiagramm
Klimazone
„Grasländer der Tropen“
Klimamerkmale
Sommerregen, frostfrei, 200-500mm Jahresniederschlag
Vegetationsperioden
Winter, meist ohne Niederschläge
typische Bodeneigenschaften
frostfrei
Beispiele für Pflanzen
Acacia Karoo, Colophospermum mopane, Adansonia
8. Tropische Regenwälder
Beispiele für typisches Klimadiagramm
Klimazone
Immerfeuchtes Klima
Klimamerkmale
Tageszeitenklima, immer frostfrei
Vegetationsperioden
Tageszeitliche Schwankungen größer als jahreszeitbedingte Schwankungen!
typische Bodeneigenschaften
keine Anreicherungshorizonte, frei von Laterit (aber Latosole mit Hämatit), kein Auflagehumus, Lehme
Beispiele für Pflanzen
Schefflera, Piper, Mimosaccae, Gunnera,…
10
11
Orobiome der Erde (= Biome (àVegetationstypen) verschiedener Höhenlagen)
Gliederung:
Kolline Stufe (je nach Zono-Biom unterschiedliche Vegetation)
submontane Stufe (je nach Zono-Biom unterschiedliche Vegetation)
montane Stufe (je nach Zono-Biom unterschiedliche Vegetation, z.B. Bergwälder)
subalpine Stufe (Krummholz; Waldgrenze)
alpine Stufe (Rasenflächen, Zwergstrauch-"Tundra", Paremo)
subnivale Stufe (Polsterpflanzen, Puna)
nivale Stufe (Eiswüste; auf Nunatacker: Flechten, Moose)
Ökosystem
Ein Ökosystem ist ein System, das die Gesamtheit der Lebewesen (Biozönosen) inklusive ihrer
unbelebten Lebensräume (Biotope) umfasst. Der Begriff wurde 1935 von dem britischen Biologen und
Geobotaniker Arthur George Tansley in die Ökologie eingeführt.
Umgangssprachlich wird auch von dem Ökosystem gesprochen, womit die Gesamtheit aller
Ökosysteme und ihren Wechselwirkungen der gesamten Erde gemeint ist.
Bei Ökosystemen handelt es sich um offene, dynamische und komplexe Systeme:
- offen: Ökosysteme verändern sich durch äußere, neue Einflüsse,
- dynamisch: Ökosysteme entwickeln sich ohne äußere Einflüsse,
- komplex: in Ökosystemen wirken sämtliche Mechanismen und Strategien der Ökologie in
vielfältigen Beziehungen
In einem Ökosystem laufen unterschiedliche Interaktionen zwischen den Lebewesen untereinander
und den abiotischen Standortfaktoren im Geotop ab. Biotische und abiotische Bestandteile
beeinflussen sich gegenseitig (Wechselwirkungen) und verändern sich durch Sukzession und
Evolution.
Funktionsprinzipien von
Ökosystemen
Die Lebewesen der
Biozönose beeinflussen den
Stoffkreislauf und die
abiotischen Faktoren
(Standortfaktor) durch
- Produzenten, die
organische Stoffe aus
abiotischen Stoffen
und Energie
(Sonnenlicht,
chemische Energie)
aufbauen, dies sind in
erster Linie Pflanzen
und Bakterien
- Konsumenten, die
sich von den
Produzenten oder
anderen
Konsumenten
ernähren
(insbesondere Tiere,
einschließlich des
Menschen) und dabei
Kohlenstoffdioxid und
Nährsalze abgeben
- Destruenten, die die
(meist
abgestorbenen)
Produzenten und
Konsumenten
mineralisieren, also
wieder in abiotische Stoffe zurückführen. Dies sind insbesondere Bakterien und Pilze.
12
Energiefluss
Mit dem Begriff des Energieflusses im ökologischen Sinne, wird die Weitergabe von Energie in einem
System bezeichnet. Je nach Betrachtungsweise kann es sich dabei um sehr kleine Systeme handeln,
es geht aber auch in den globalen Bereich. Zur Erstellung von Klimamodellen sind z. B. Energieflüsse
in der Vegetation mit von entscheidender Rolle. Häufig steht die Betrachtung von Energieflüssen in
direktem Zusammenhang zu Stoffkreisläufen.
-
-
Das Leben auf der Erde ist von der Sonne abhängig (Strahlungsbilanz).
Durch Sonnenenergie und CO2 wird die so genannte Biomasse als Primärproduktion
aufgebaut.
Nach dem Entropiegesetz nimmt die Zunahme nicht verwertbarer Energieformen (Wärme)
stets zu.
Die Energieweitergabe ist eine "Einbahnstraße", die Weitergabe von Stoffen ein Kreislauf.
Bei jeder Energieweitergabe in Form von Nahrung gehen etwa 90% der Energie verloren.
à Eine lange Nahrungskette bringt einen hohen Energieverlust mit sich.
à Die pflanzliche Nahrung ist energiegünstiger als die tierische.
Die Masse aller Organismen (Biomasse) wird als Lebend- oder Trockengewicht angegeben,
der gesamte Energiegehalt in Joule (kcal).
Die Pflanze benötigt einen Teil der Bruttoprimärproduktion selbst, der Rest steht den
Konsumenten als Nettoprimärproduktion zur Verfügung.
Die Zonen höchster Nettoprimärproduktion sind die gemäßigten Klimate.
11
Die gesamte Nettoprimärproduktion der Erde beträgt etwa 1,64 x 10 t Trockengewicht
13
Biodiversität
Diversität ist die Eigenschaft voneinander verschieden zu sein und stellt eine wesentliche Eigenschaft
jedes biologischen Systems dar. Biodiversität, auch biologische Vielfalt genannt, bezeichnet ganz
allgemein die Vielfalt des Lebens und ist eine Funktion von Raum und Zeit. Alle Lebewesen, sofern
sie nicht als Klone vorkommen, und die von ihnen aufgebauten Lebensräume sowie Funktionsgefüge
auf allen Organisationsebenen besitzen diese Eigenschaften. Unter Funktionsgefüge kann unter
anderem das Zusammenspiel von ökologischen Faktoren, Interaktionen zwischen Arten oder
Reaktionen einer Art auf sich ändernde ökologische Bedingungen verstanden werden. Da das Leben
in verschiedenen hierarchischen Ebenen organisiert ist, zeigt sich die Biodiversität auch auf allen
diesen Ebenen. Diese sind miteinander verzahnt, sodass es zum Austausch von Stoffen (z. B.
Nährstoffe) und Informationen (z. B. die Signalwirkung von Blütenfarben auf Insekten) kommen kann.
Es werden folgende Ebenen der Biodiversität unterschieden:
- Die genetische Vielfalt (z. B. die unterschiedliche Erbinformation bei Individuen einer Art)
- Die Artenvielfalt (z. B. die Mannigfaltigkeit der Arten in einem definierten Lebensraum)
- Die Lebensraumvielfalt (z. B. die Anzahl und Verschiedenartigkeit von Lebensräumen)
Neben diesen drei "klassischen" Hierarchieebenen der biologischen Vielfalt (Gene, Arten,
Ökosysteme) werden abhängig von der Betrachtungsweise zusätzlich die Ebene der Organismen
(Individuen) und die Ebene der Population unterschieden:
- Vielfalt der Individuen (z. B. unterscheiden sich Pflanzen oder Tiere einer Art in Größe,
Verhalten, Aussehen, aufgrund ihres Alters, ihrer individuellen Erfahrungen, Prägungen etc.,
bei Pflanzen insbesondere hinsichtlich ihres ganz speziellen Standortes)
- Vielfalt der Populationen (z. B. Unterschied von Rotwildpopulationen aufgrund ihres
Verhaltens)
14
15
Kohlenstoff- und Sauerstoffkreislauf (C bzw. O)
Stickstoffkreislauf (N)
16
Schwefelkreislauf (S)
17
Phosphatkreislauf (P)
18
Wasserkreislauf (H2O)
Alle Angaben sind ohne Gewähr von Marcel Oschwald und Hannes Wetterauer
19