Abiturvorbereitung – Biologie
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Abiturvorbereitung – Biologie I. Ökologie Definition: Teilgebiet der Biologie, welches sich mit den Wechselbeziehungen zwischen Organismen und ihrer natürlichen Umwelt beschäftigt. Die Ökologie lässt sich heute in 3 Teilgebiete untergliedern: a) Autoökologie b) Populationsökologie c) Synökologie Ökosystem : - setzt sich aus Biotop (= abiotische Umwelt = "unbelebte" Umwelt) und Biozönose zusammen - komplexes Gefüge von unbelebten und belebten Komponenten - typische Ökosysteme sind Wald, See und Meer - offenes System ständiger Ein- und Austrag verschiedener Stoffe und von Energie, sowie der begrenzten Lebensdauer der Lebewesen Biotop : - abgrenzbarer Lebensraum der Biozönose, z. B. ein Moor, einen Auwald oder einen Teich umfasst die Gesamtheit der abiotischen Faktoren Biozönose: - Gesamtheit der artverschiedenen Individuen, die in einem geografisch abgrenzbaren Raum Leben Population: - alle Artgenossen im Biotop, die eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden ökologische Nische: - Summe aller Umweltfaktoren (biotische Faktoren und abiotische Faktoren), die einer Tier- oder Pflanzenart das Dasein bzw. das Überleben ermöglichen Vielzahl von Beziehung zwischen Population (Art) und ihrer Umwelt ökologische Potenz : - Fähigkeit einer bestimmten Organismenart bzw. eines bestimmten Lebewesens, unterschiedliche Intensitäten eines Umweltfaktors zu ertragen, also z. B. bei verschiedenen Temperaturgraden existieren zu können - potenzielle Reaktionsbreite gibt an, innerhalb welcher Grenzen ein Variieren ("Schwanken") des Umweltfaktors toleriert wird - Grenzbereiche der ökologischen Potenz nennt man Minimum (Tiefstwert) und Maximum (Höchstwert) - prinzipiell erblich bedingt allerdings keine unveränderlichen Werte - Werte zwischen Geschlechter einer Art können variieren - abhängig von Alter, Entwicklungsstadium oder physiologischem Zustand eines Tiers - auch durch Akklimatisation (Anpassung an Klimaten) kann sich der Reaktionsbereich verändern euryök – großer Toleranzbereich (Fische) eurytherm – großer Toleranzbereich (bezogen auf Umgebungstemperatur) stenök – kleiner Toleranzbereich (Tanzmaus) stenotherm – kleiner Toleranzbereich (bezogen auf Umebunstemperatur) Abitotische Umweltfaktor Temperatur: Bergmannsche Regel : In kalten Klimaten ist die Körperröße homiothermer (gleichwarmer) Tiere größer als in wärmeren Klimaten Größere gleichwarme Tiere haben im Verhältnis zum Volumen eine geringere (relative) Oberfläche als kleine Tiere Wärmeverlust in kalten Regionen geringer als der von kleineren Tieren Bsp.: Größenvergleich verschiedener Pinguinarten, (Galappagos-Pinguin <> Kaiserpinguin) größten Arten in der Antarktis, die kleinsten am Äquator: Je kälter das Klima ist, um so größer ist die jeweilige Pinguinart Allensche Regel (Temperaturregel): Größe der Körperextremitäten (Schwanz, Ohren, Beine, Arme etc.) bei gleichwarmen Tieren nimmt in kälteren Regionen ab Verkleinerung der relativen Oberfläche führt zu einer geringeren Wärmeabgabe Bsp.: Mauereidechse Vergleich homiotherme (gleichwarme) Tiere <> poikilotherme (wechselwarme) Tiere homiotherme Tiere (Vögel, Säugetiere): - größerer Aktions- und Toleranzbereich - können nur auf einen Temperaturbereich spezialisiert werden - konstant gehaltene Körpertemperatur höhere Intensität des Stoffwechsels, da unabhängig von Umweltbedingungen - über längeren Zeitraum sind extrem niedrige od. extrem hohe Außentemperaturen nicht kompensierbar - Winterschlaf: Reduktion der Körpertemp., Blutumlauf, Atemfrequent, Soffumsatz Zugriff auf eigene Fettreserven oder Vorräte Erwachen bei lebensbedrohlichen Minusgraden Bsp.: Mensch : Temperatur des Körperkerns darf nicht über 43 Grad Celsius steigen und nicht unter 21 Grad Celsius sinken Tod poikilotherme Tiere (Fische,Lurche,Reptilien,Amphibien): - Körpertemperatur hängt von der Umgebungstemperatur ab (Fische <> Wassertemperatur) - schwankende Umgebungstemperatur <> wechselnde Körpertemperatur - zu hohe Temperatur Wärmestarre: Stoffwechsel wird gestört und sämtliche Aktivität kommt zum Erliegen Übergang um Wärmetod - zu niedrige Temperatur Kältestarre: Körpertemp. an Umgebung angepasst, Herzschlag, Atmung und Stoffwechsel sind in ihrer Aktivität stark herabgesetzt kein Erwachen bei lebensbedrohlichen Minustemperaturen - niedriger Aktions-und Toleranzbereich - Stoffwechselintensität geringer Trophie (Nährstoffangebot) : - oligotropp = nährstoffarm mesotroph = mittleres Nährstoffangebot eutroph = nährstoffreich polytroph = umfanreiches Nährstoffangebot hypertroph = extrem nährstoffreich Heterotrophie : Stoffwechselenergie aus von anderen Lebewesen angebauten organischen Substanzen beziehen Autotrophie: autotropher Organismus stellt aus anorganischen Substanzen selbst organische her Algen Biotische Umweltfaktoren : Konkurrenz: - wechselseitige Behinderung von Arten durch gemeinsame Nutzung limitierter Ressourcen Einschränkung der Lerlebensfähigkeit der schwächeren Art Nischenbildung Konkurrenzausschluss ( gemeinsame Existenz zweier konkurriender Arten bei ähnlichen Umweltansprüchen unwahrscheinlich stärkere Art verdrängt schwächere) - Bsp.: Pantoffeltierchen (interspezifisch-zwischenartlich) ; Balzverhalten (intraspezifisch-innerartlich) Koexistenz: - Konkurrenzverminderung - wechselseitige Anpassung zweier Organismen mit gleichem Lebensraum Bsp.: Wurzeltiefe bei Pflanzen Kommensalismus: - der Kommensale wird durch Wirt gefördert, ohne dass der eschädigt wird Bsp.: Transport kleinerer Tiere durch größere (Fische) Symbiose: a) Protokooperation : wechselseitige Begünstigung, ohne dass das Zusammenleben essentiell ist: Akazie <> Ameise (Ameisen verteidigen Akazien für Nahrung) b) Mutualismus : wechselseitige Begünstigung, wobei das Zusammenleben für beide Arten essentiell ist : Flechte <>Alge ; Baum <> Pilz c) Ensymbiose : Partner alleine nicht mehr lebensfähig (wahre Symbiose) Parasitismus: - Förderung eines kleinen Parasiten zu Lasten eines Wirtes Bsp.: Mistel <> Baum , Bandwurm <> Säugetier Räuber-Beute-Verhältnis: - physische Vernichtung einer Art durch einen Fressfeind - Populationsschwankungen funktionieren nur, wenn Räuber immer gleiche Beute aufsucht Bsp.: Hase <> Fuchs, Hai - Robbe r – Selektion : - Art lebt in einem kurzzeitig bestehenden Biotop (Sandbank) - muss sich schnellst möglich erfolgreich vermehren, um andere Biotope zu besiedeln k – Selektion : - beständige Lebensräume (Urwald, Korallenriff, Höhle) - Arten mit konstanter Populationsdichte - Konkurrenzfähigkeit entscheidend, nicht die Vermehrung - Platzhaltertypen, statt Ausbreitungstypen - wenige Nachkommen <> intensive Brutpflege Organismus: einzelnes Lebewesen mit den Kennzeichen des Lebens Spezies: Population von Individuen die sich fortpflanzen können Biom: ein großes geographisches Gebiet mit einheitlichen klimatischen Bedingungen, einem Komlex von Biozönosen charakterisiert durch bestimmte Vegetatio Biosphäre: der Teil der Erdkruste, Wasser und Atmospäre wo Organismen leben Biologisches Gleichgewicht : natürlicher Zustand eines Ökosystems, hervorgerufen durch die gegenseitige Abhängigkeit der darin lebenden Organismen Fotosynthese : Photosynthese ist ein Prozess, durch den Pflanzen die Energie des Sonnenlichts nutzen, um Kohlenstoffdioxid (CO2) mit Hilfe von Wasser (H2O) in Zucker umzuwandeln. Damit die so fixierte ("eingefangene") Energie für verschiedenste Stoffwechselprozesse genutzt werden kann, wird die Energie in Form von Adenosintriphosphat (kurz: ATP) gespeichert und an geeigneter Stelle in der Zelle zur Verfügung gestellt. Orte der Photosynthese sind die Chloroplasten. Lichtreaktion in Thylakoiden der Chloroplasten und Dunkelreaktion in Stroma der Chloroplasten. 6 H2O + 6 CO2 ----------> C6H12O6 + 6 O2 6 Moleküle Wasser und 6 Moleküle Kohlenstoffdioxid ergeben unter Einwirkung von Sonnenlicht 1 Molekül Glucose und 6 Moleküle Sauerstoff. Stoffwechsel bei grünen Pflanzen, bei dem mit Licht aus CO2 und H2O Glucose und O2 aufgebaut wird Reduktion (energieverbrauchend = endergonisch) Zellatmung : Stoffwechselweg in allen aeroben Organismen, bei dem zum ATP-Gewinn Glucose mit Hilfe von O2 abgebaut wird Oxidation (enerieproduzierend = exergonisch) anaerob: unter Sauerstoffabschluss/ohne Sauerstoff (lebend bzw. den Stoffwechsel betreibend) aerob: Vorhandensein von Sauerstoff; in Gegenwart/Anwesenheit von Sauerstoff; in einem sauerstoffhaltigen Milieu lebend und den Sauerstoff für Stoffwechselprozesse nutzend Assimilation: Unter Assimilation versteht man die Gewinnung körpereigener organischer Substanzen aus körperfremden Stoffen. Dissimilation: Unter Dissimlation versteht man den Abbau organischer Substanzen unter Nutzbarmachung der in ihnen enthaltenen Energie. Diese Energie wird in Form von ATP nutzbar gemacht. Stickstoffkreislauf: 1. Bei Gewittern entstehen Stickstoffoxide, die mit dem Regenwasser als Nitrat in den Boden gelangen Niederschlag 2. Einige Pflanzen können mit Hilfe von Bakterien und Pilzen den Luftstickstoff binden 3. Durch Exkrete und Absterben gelangt stickstoffhaltiges Material in den Boden 4. anaerobe Fäulnisbakterien zersetzen das organische Material, wobei sich NH3 (NH4+) bildet (Ammonium) 5. Nitrifizierende Bakterien bilden Nitrat, dieses wird von den Pflanzen aufgenommen Nitrifikation 6. Denitrifizierende Bakterien reduzieren NO3- zu N2 ( N-Verlust des Bodens) Denitrifikation 7. Alle Böden verlieren Stickstoff als NH3 Abiotischer Umweltfaktor Licht : A) siehe AB „Umweltfaktor Licht“ B) Fotosynthese C) Wachstum der Pflanzen – Transpiration Durch die Transpiration (Abgabe von Wasser in Form von Wasserdampf) der Blätter entsteht im Xylem der Leitbündel ein Unterdruck, sodass Wasser aus dem Boden "nachgesogen" wird. Der Transpirationssog ist die eigentliche Triebkraft dafür, dass das Wasser in der Pflanze von der Endodermis bis ins Blatt aufsteigt Aufwärtstransport von Wasser in einer Pflanze je größer dabei die durch Lichteinstrahlung erzeugte Wärme, desto schneller der Transport D) Pigmentierung des Menschen Verknüpfung zu Evolution : Warum haben Afrikaner eine schwarze Hautfabre ? Antwort: Dies ist ein Ergebnis der Evolution, bei der durch Wechselspiel von Mutation (sprunghafte Erbänderung) und Selektion (natürliche Auswahl des tauglichsten Genotyps durch den Faktor Licht) sich nach Jahrmillionen der dunkle Hauttyp in Afrika herausgebildet hat Beispiel eines Ökosystems – See 1. 2. 3. 4. Seeprofil siehe AB Seezirkulation siehe AB Stoffumsatz im See siehe AB Nahrungskette im See Nahrungskette: Produzent (Phytoplankton, Pflanzen) Primärkonsumenten (Pflanzenfresser) Sekundärkonsumenten (Fleischfresser) Tertiärkonsumenten (fressen Sekundärkonsumenten) Primär – und Sekundärdestruenten (wandeln abgestorbenen organischen Reste in anorganische Nährstoffe für die Pflanzen um, Bakterien) Mineralstoffe 5. Sauerstoffumsatz im See Epilimnion (Deckschicht): hohe Sauerstoffproduktion, aber wenig Sauerstoffgehalt durch hohe Temperatur Sauerstoff geht an Luft verloren Sprungschicht: rasche Abnahme des Sauerstoffgehalts, abhängig von der Anzhal aerober Lebewesen Hyolimnion: niedrige Sauerstoffproduktion <> hohe Sauerstoffkonzentration 6. Verlandungsprozess im See 1. 2. 3. 4. 5. 6. Ansiedlung planktischer Algen (Primärproduktion) Ansiedlung planktischer Konsumenten Zuwachs an Arten und zunehmende Vernetzung von Trophieebenen Anreicherung von Nährstoffen durch Abwasser Sedimentation durch unvollständigen Abbau org. Substanzen Verflachung/Verlandung des Sees 7. Seealterung – Moore – Klimaxstadium eines Sees Anhäufungen von Pflanzenresten, die durch O2mangel in Nässegebieten unvollständig zersetzt sind - Faulschlamm setzt sich in Schmelzwasser ab Seen und Versumpfungsgebiete vorhanden abgestorbene Pflanzen vertorfen Niedermoor entsteht Bruchwälder entstehen (Klimaxstadium eines Sees)
