oekologie
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Ökologie Ökologie befasst sich mit den Wechselbeziehungen zwischen den Organismus und ihrer Umwelt. Biotische Faktoren: - Dies sind: Fressfeinde, Beute, Konkurrenten, Bestäuber, Parasiten, Gesellschaftspartner - Bei diesen Faktoren gibt es auch Anpassungen Tarn- oder Warnfarben, lockende Farben, Immunsysteme - Konkurrenz fördert Anpassungen an neue Umweltbedingungen Abiotische Faktoren: - Die sind: Licht, Temperatur, Wassergehalt von Luft und Boden, pH-Wert, Mineralstoffangebot und Wind. - Die Vorzugstemperatur schwankt je nach Entwicklungsstands, Alter, Tages- oder Jahreszeit. - Eine Art kann in einem bestimmten Temperaturbereich gedeihen - Beispiel: Obere und untere Grenztemperatur, ab der ein Insekt keine Eier mehr legen kann. - Es gibt ein Toleranzbereich bezüglich der Umweltfaktoren a. Ist dieser Bereich groß euryöke Art b. Ist dieser Bereich eng stenöke Art - Jede Art besitzt Temperaturoptimum Bei dem am besten wächst - In dem Bereich hat Temperaturveränderung wenig Auswirkung - Außerhalb dieses Bereich Kleine Veränderung große Auswirkung - Jenseits von Temperaturminimum und Maximum Art nicht existiert Sie begrenzen den Toleranzbereich - Den Bereich: in den eine Art zwar noch überlebt, aber nicht mehr fortpflanzungsfähig ist heißt Pessimum Die noch tolerierenden Grenzwerte heißen Minimum und Maximum Zwischenartliche (interspezifische) Konkurrenz: Zwei unterschiedliche Tierformen gleicher Art, zeigen einzeln ein typisches Populationswachstum nach einiger Zeit Konstantes Niveau Ist umso größer je ähnlicher die Ansprüche an die Umwelt sind Konkurrenzausschlussprinzip: Wenn zwei Populationen in vielen Faktoren (Nahrung, Futterplatz) miteinander in Konkurrenz stehen Beide können nicht nebeneinander existieren. Beispiel: Zwei Kleearten verdrängen sich nicht gegenseitig, sondern bilden ein Mischbestand und leben nebeneinander. Innerartliche (intraspezifische) Konkurrenz: Innerhalb der Art ist Konkurrenz an größten Lebewesen haben ähnliche Ansprüche an Umwelt abiotische und biotische Faktoren (Raum, Nahrung, Weibchen) - um diese zu regulieren Rangordnungsverhalten Ökologische Nische: - Alle abiotischen und biotischen Umweltfaktoren die für die Existenz notwendig ist Es ist keine Ortsangabe Die Bildung solcher Nischen Führt artgleiche Lebewesen zusammen können dann in intraspezifische Konkurrenz Zu jeder Nische kann nur eine Art überleben. Wenn Tierarten morgens und andere abends aktiv ist können beide gemeinsam existieren. Pflanzen und Licht: - Fotosyntheseapparat der Pflanzen können sich an Lichtunterschiede anpassen - Es gibt Stark- und Schwachlichtpflanzen: a. Benötigen mehr Licht, weil sie die Atmung kompensieren müssen - Sonnenblätter: Haben mehr fotosynthetisch aktives Gewebe a. Licht beeinflusst auch Keimung und Blütenbildung Pflanzen und Feuchtigkeit: - Xerophyten: Anpassung an Trockenheit durch dicke Epidermis mit Wachsauflage, tote und luftgefüllte Haare, versenkte Spaltöffnungen, verholzte kleine Blätter - Sukkulanten: (z.B. Kakteen) Das sind Pflanzen die Wasserspeicherorgane haben - Hygrophyten: Anpassung an zu viel Wasser durch dünne zarte und große Blätter mit erhöhten Spaltöffnungen Pflanzen und pH-Wert/Mineralstoffangebot: - Pflanzen benötigen ausreichende Mineralien Kalium, Stickstoff + Phsophor, Magnesium, Calcium, Eisen + andere Spurenelemente - Geringe Mineralstoffabfuhr begrenzt das Wachstum - Bestimmte pH-Werte bzw. Mineralstoffangebote wirken auf bestimmte Pflanzen in einem gewissen Toleranzbereich besonders gut Tiere + Wasser: - Einige Tierarten haben sich an Wassermangel gewöhnt Schwitzen wenig, weniger Wasser wird durch Urin bzw. Kot abgegeben + Stoffwechselwasser wird gut verwertet Tiere + Temperatur: Bergmannsche Regel: - K-gleichwarme Tiere in kalten Gebieten großer als in warmen - Dies hängt mit günstigerem Oberfläche und Volumen und der geringeren Wärmeabstrahlung zusammen - Dies verändert sich mit zunehmender Größe - Beispiel: Körpergröße x2 = 4x mehr Oberfläche und 8x mehr Volumen - Größere Körper kühlen langsamer aus - Pro Gewichtseinheit weniger energieaufwand nötig Allensche Regel: - Tiere in warmen Regionen Große Körperanhänge (Ohren, Schwänze) Füchse Können überschüssige Körperwärme an Umgebung freigeben Wechselwarme Tiere können Temperatur nur über Verhalten regulieren Sonne liegen oder Schatten suchen Wechselwarm und Gleichwarme Tiere: 1. Wechselwarm (poikilotherm): Können ihre Körpertemperatur nicht unabhängig von Umgebungstemperatur konstant halten. Schwankt mit Umgebungstemperatur. 2. Gleichwarm (homoitherm): Können ihre Temperatur unabhängig von Umgebungstemperatur konstant halten. - Ist mit Hohen Energie und Nahrungsbedarf verbunden - Durch isolierende Schichten (Fell oder Federkleid sowie Speckschichten) wird Wärmeabgabe verringert Energiefluss in Ökosystemen - Damit in der Natur keine Unordnung herrscht kann nur durch Energiezufuhr der Ordnungszustand aufrecht gehalten werden Das heißt Energie ist erforderlich um die ordnenden Prozesse anzutreiben Sonne ist 1. Energielieferant Die Pflanzen verwenden davon nur 1-2% zur Stoffproduktion (Fotosynthese) Die dabei gebildete organische Substanz bez. man als Bruttoprimärproduktion Ein Teil davon wird der Pflanze zur Energiegewinnung durch atmen verbraucht Was übrig bleibt entspricht der Nettoprimärproduktion Ein Produktionsüberschuss führt zu einem Zuwachs an Biomasse Biomasse: Die Gesamtheit an organischer Substanz aller Lebenden, Toten und zersetzten Organismen eines Lebensraums oder auch der ganzen Erde. Die durch Fotosyntheseprozesse in Form energiereicher organischer Moleküle gespeicherte Energie wird von Fressebene zu Fressebene weitergereicht Das geht nicht ohne Energieverlust in Form von Atmung und Wärme Innerhalb der Trophieebene Weitergeleitete Energiemenge nimmt ab Nur etwa 1/10 der Energie kommt in die nächste Ebene Beim Energiefluss handelt es sich um eine Einbahnstrasse Andere Teile der Energie werden als Kot, Urin bzw. abgestorbenes Material ausgeschieden und dienen den Destruenten als Energiequelle Dies erklärt, wieso in Ökosystemen meist mehr Konsumenten 3. Rangordnung existieren Energie fließt Fotosynthese zu Wärmeenergie fließt ab Energie geht als fossile Brennstoffe verloren Haben mehr Kohlenstoff gebunden als wieder abgegeben Veränderung der Stabilität von Ökosystemen - Klimax: Ist der Zustand in dem Tiere und Pflanzen eine stabile Lebensgemeinschaft haben. Sie bleiben bestehen solange die klimatischen Verhältnisse konstant bleiben Durch Klimaveränderungen kann es zur Verschiebung der Art kommen Arten werden durch andere ersetzt Stabilität beinhaltet die Möglichkeit durch anpassungsvorgänge ein Ökosystem zu erhalten Unreife Systeme Sukzession Weniger Arten: Überschuss an Produzenten Hohe Produktivität bei wenig vorhandener Biomasse Organisationshöhe groß Einfache und kurze Nahrungsketten Geringe Artendiversität Wenig spezialisierte Arten Anpassungsfähig an eine in Veränderung begriffene Umwelt (plastisch) - Reifesysteme Viele Arten: Gleichgewicht von Produzenten und Konsumenten Viel vorhandene Biomasse Organisationshöhe klein Nahrungsnetz Hohe Artendiversität Hoher Anteil an spezialisierten Arten Unveränderlich in etwa gleichbleibender Umwelt (starr) Zunehmender Stabilität ist verbunden mit zunehmender Diversität Diversität: Auseinanderstreben, Bezeichnung für Artenreichtum Ökosysteme - verschiedene Lebewesen bilden eine Lebensgemeinschaft (Biozönose) Besiedeln einen bestimmten Lebensraum Alle Ökosysteme der Erde bilden zusammen die Biosphäre Funktionen des Waldes: Lärmschutz, Sauerstoffproduktion, Erholung, Holzproduktion, Filterfunktion (hält Luft rein), Lawinenschutz, Wasserversorgung, Hochwasserschutz Der Stoffkreislauf: - Nahrung entsteht in allen Ökosystemen durch die Leistung autotropher Organismen Sie synthetisieren aus energiearmen Wasser und Kohlendioxid energiereiche Nährstoffe Die dafür notwendige Energie beziehen sie aus chemischen Vorgängen (Chemosynthese) oder Sonnenlicht (Fotosynthese) Pflanze Produzenten: Aus deren energiereichen organischen Substanzen ernähren sich die Konsumenten Die sich von Pflanzen ernähren Konsument 1. Ordnung Tiere die von diesen Pflanzen fressen sind Tiere 2. Ordnung Mit dem Tod dieser 3 Organismen Es entsteht abgestorbenes organisches Material Von Destruenten (auch als Reduzenten bezeichnet: z.B. Würmer, Pilze oder Bakterien) energiearmer organischer Substanz abgebaut Diese kann dann von Pflanzen erneut in Fotosynthese verwertet werden Sie sind ernährungsbedingt von einander abhängig Nahrungskette Nahrungsketten haben etliche Verzweigungsstellen also spricht man eher von einen Nahrungsnetz Als Basis dienen die Produzenten, es gibt auch Konsumenten 3. Ordnung Man spricht hier von Trophieenbenen Die Destruenten zersetzen abgestorbenes Material Schließen damit die Stoffkreisläufe Räuber-Beute-Beziehung - - Massenwechsel oder Dichtefluktuationen -> Es ist ein auf und ab von Populationsdichtekurven, sowohl der Beute als auch des Räubers Ein ansteigen der Beutedichte Es folgt ein Ansteigen der Räuberdichte a. Je mehr Beutetiere es gibt, desto häufiger tritt ein Räuber auf eines davon und kann es erbeuten b. Je öfter solch ein Kontakt stattfindet, desto größer wird die Gebrutenrate der Räuber c. Ein Anstieg der Geburtenrate größere dichte der Räuberpopulation Nach dem anwachsen der Räuber Beutepopulation sinkt d. Je mehr Räuber, desto häufiger trifft eins von ihnen auf Beute Beutepopulation sinkt dadurch steigt Sterberate der Beute e. Ein Anstieg der Sterberate geringere Dichte der Beutepopulation Eine niedrigere Zahl von Beute führt zur Reduktion der Räuber Abnahme der Räuberpopulation erlaubt anwachsen der Beutepopulation Am Ende beginnt der Zyklus erneut Lotka und Voterra Regeln - Die Individuenzahl der Räuber und Beute schwankt periodisch, dabei sind die Maxima phasenweise verschoben Die mittlere Individualzahl bleibt trotz Schwankungen konstant Wird durch Außenfaktor die Zahl von Räuber und Beute gleichermaßen verringert, erholt sich Beute schneller als Räuber. Diese Regel ist begründet durch das schnelle Wiederauftreten von Schädlingen nach Gifteinsatz, der auch die Fressfeinde der Schädlinge getötet hat Populationsökologie Es kommt anfangs meist eine Anlaufsphase, dann zu einer Bevölkerungsexplosion Es kommt zu einem exponentiellen Wachstum - Je größer die Anzahl der Individuen, desto größer die Anzahl der Nachkommen Je größer die Anzahl der Nachkommen, desto größer die Anzahl der Individuen Population wächst quasi mit „Zins und Zinseszins“ Geburtenrate: Anzahl der neu hinzukommenden Individuen, geteilt durch Anzahl der vorher vorhandenen Sterberate: Anzahl der gestorbenen Individuen, geteilt durch Anzahl der vorher vorhanden Die Wachstumsrate ist Differenz aus er Geburtenrate und der Sterberate 1. Anlaufphase: Anpassung an neue Lebensformen Vermehrung ist noch nicht exponentiell 2. Vermehrungsphase: Vermehrung ist exponentiell dieses Wachstum wird bald durch begrenzte Ressourcen in das logistische Wachstum abgeändert. Umweltkapazität bremst exponentielles Wachstum 3. Stationäre Phase: Wachstum ist null, es sterben genauso viele wie entstehen 4. Absterbephase: Durch Anhäufung von Stoffwechselproduktion und Nahrungsmangel sterben mehr Individuen als gebildet werden Population: Gesamtheit der Individuen einer Organismusart, die zur gleichen Zeit in einem Gebiet leben Beeinflussende Faktoren auf die Populationsdichte: - Kälteeinbrüche sorgen für absinken des Bestandes Bsp.: Bei Fischen Tritt ein Fluss über das Ufer, kann das Wasser, Mäuse ertränken Diese Klima Faktoren wirken dichteunabhängig. Sie treffen kleinere Populationen in gleicher Weise - Je größer die Populationsdichte Krankheiten breiten sich eher aus Dies kann kaum Auswirkungen auf Gebruten und Sterberate haben Je größer die Dichte, umso mehr Krankheitsfälle Je stärker sich Krankheit verbreitet, desto höher ist Sterberate Je größer Sterberate, desto geringer wird Populationsdichte Je stärker sich Krankheit verbreitet, desto geringer ist Geburtenrate Je geringer die Gebrutenrate, umso kleiner ist Populationsdichte Der Faktor Nahrung: - Je größere Dichte, desto geringer Nahrungsangebot pro Kopf - Je geringere Nahrung, desto höher Sterberate - Je größere Sterberate, umso geringer wird Populationsdichte - Je weniger Nahrung, desto geringer wird Geburtenrate Population sinkt Lichteabhängige Faktoren sind: Nahrungsangebot, Krankheitserreger, sozialer Stress, Fressfeinde Hier stellen sich Regelkreise ein. Gegenseitige Wechselwirkung zwischen Populationsdichte und regelndem Faktor. Eutrophierung: - - Man kann Seen in zwei Kategorien einteilen: a. Obligatorische (nährstoffarme) Seen sind vom Menschen nicht oder kaum beeinflusst und weisen große Gewässertiefen auf. Ihr Wasser ist klar und arm an Mineralstoffen, das Ufer ist kaum bewachsen. Dort ist Produktion von Biomasse begrenzt, weil der Stoff im Wasser den die Algen benötigen nur in geringen Mengen vorhanden ist (=Phosphationen) Phosphatfalle Imoligotrophen See ist in der Tiefe stets genug Sauerstoff, so wirkt Sediment Oberfläche oxidierend. So werden Eisenionen hauptsächlich dort als Fe3+-Ionen vorligen die sich mit Phosphationen zu schwer löslichen Eisen-III-phosphat verbinden. So werden die Phosphationen dem Stoffkreislauf des Sees entzogen Eutrophe (nähstoffreiche) Seehn sind häufig von Menschen beeinflusst. a. Flache Gewässer b. Die Sichttiefe ist gering Wasser mineralstoffreich c. Ufer breit und dichtbewachsen Die Konzentration des Phosphats begrenzt als Minimumfaktor das Wachstum des Phytoplankton Liebigschen Regel: - Jede Produktion ist durch den jeweils im Minimum befindlichen Stoff begrenzt Eutrophierung: - Sind Vorgänge die zur Anhäufung von Nährstoffen und damit zur erhöhter Produktion führen - Das Phytoplankton vermehrt sich Konsumentenzahl nimmt zu. Destruenten bekommen so mehr abgestorbenes Material zur verwertung - Folge ist wachsender Verbrauch von sauerstoff Sauerstoffmangel - Abgestorbenes Material kann nicht mehr remineralisiert werden Es kommt zur Ablagerung einer Schlammschicht Dies führt zur Verlandung von Seen - Durch Menschen beschleunigt sich dieser Prozess Volterra Regel: - werden z.B. durch Jagd und Gifteinsatz die Populationsdichten von Räuber und Beute in gleicher Weise vermindert, so erholt sich die Beutepopulation schneller als die Räuberpopulation - Luft: Besteht aus Stickstoff, Sauerstoff, Argon (Edelgas), Kohlendioxid - Bessere Möglichkeiten zur Schädlingsbekämpfung - Forderung von Nützlingen, Einsatz natürlicher Feinde, Anlockung mit Lichtfallen, Selbstvernichtungsverfahren (Einsatz steriler Männchen)
