Ökologie
Die Ökologie befasst sich mit den Beziehungen der Lebewesen zu ihrer Umwelt. In ihrer Gesamtheit machen diese Beziehungen den „Haushalt der Natur“ aus. Das ist auch die wörtliche Bedeutung des Begriffs Ökologie: Lehre vom Haushalt der Natur.
Lebewesen = offene Systeme, sie können nur existieren, wenn sie mit ihrer Umwelt Stoffe und Energie austauschen.
Umgebung -> das räumliche Außen unabhängig von seiner Bedeutung für ein Lebewesen
Umwelt -> umfasst alle ein Lebewesen direkt und indirekt betreffenden Faktoren
Ressourcen -> Faktoren, die ein Lebewesen seiner Umgebung entnimmt und damit anderen Lebewesen entzieht
Ökofaktoren
abiotische Ökofaktoren -> physikalisch-chemischer Natur
->Temperatur, Strahlung, Wasser, Wind
-> in Wasserlebensräumen
-> pH-Wert, Strömung, Salzgehalt
-> in Landlebensräumen
-> Mineralstoffe des Bodens, Luftfeuchtigkeit
biotische Ökofaktoren -> durch andere Lebewesen bedingt -> Nahrung, Feinde
Ökofaktor Temperatur
RGT-Regel -> Temperaturerhöhung um 10 Grad steigert die Reaktionsgeschwindigkeit um das 2 – 3fache.
In den Zellen der Lebewesen gilt die RGT-regel auch, allerdings in einem verhältnismäßig engen Temperaturbereich zwischen 0°C und ungefähr 40°C.
Sollte die Temperatur der Zelle auf Werte über etwa 40°C bis 50°C, schädigt sie empfindliche Proteine, besonders die Enzyme, durch Denaturierung. Dabei verändert sich deren molekulare Struktur und sie verlieren ihre biologische Funktion.
Sinkt die Temperatur in lebendem Gewebe dagegen so weit ab, dass Wasser gefriert, wird das Zellplasma ähnlich geschädigt, wie wenn es austrocknen würde.
Eine Optimumkurve weist drei Kardinalpunkte Minimum, Maximum und Optimum auf. Sie verdeutlicht die Reaktion eines Lebewesens auf einen Umweltfaktor.
Der Temperaturbereich zwischen Minimum und Maximum entspricht dem Toleranzbereich der untersuchten Art (ökologische Potenz).
eurytherm -> weite Temperaturtoleranz
stenotherm -> enge Temperaturtoleranz
eury-potent -> weite Toleranz (bei anderen Ökofaktoren)
steno-potent -> enge Toleranz (bei anderen Ökofaktoren)
Pflanzen und Temperatur
-Pflanzen sind allen Veränderungen der Temperatur an ihrem Standort ausgesetzt.
-da sie kaum über Möglichkeiten der Temperaturregulierung verfügen, nehmen sie im Allgemeinen die
Temperatur ihrer Umgebung an.
-Pflanzen spiegeln in ihrer Entwicklung im Allgemeinen den jahreszeitlichen Temperaturgang wieder
-> Bildung Blütenknospen, Beginn und Dauer der Blüte, Fruchtreife, Laubverfärbung und Laubfall
von der Temperatur bestimmt.
- Verbreitung der Pflanzen auch durch Temperatur beeinflusst
- Pflanzen aus Klimazonen mit stark wechselnder Temperatur werfen meist kälte – oder hitzeempfindliche Teile wie die Blätter ab und überstehen die ungünstige Phase mit widerstandsfähigen Überdauerrungsorganen wie Stamm, Knospen, Knollen, Rhizomen (Erdsprosse), Zwiebeln.
- Diese Anpassung an ungünstige Temperatur ist fast immer zugleich eine Anpassung an eingeschränkte Wasserversorgung
Tiere und Temperatur
Wechselwarme Tiere
- bei wechselwarmen Tieren bestimmt die Temperatur der Umgebung die Körpertemperatur & damit die Geschwindigkeit ihrer Lebensvorgänge
- Bei Umgebungstemperaturen nahe des Minimums oder Maximums fallen sie in kälte – oder Wärmestarre
- mit Ausnahme der Säugetiere und Vögel gehören alle Tiere zu dieser gruppe
Poikilotherme -> wechselwarme Tiere
Gleichwarme Tiere
- gleichwarme Tiere weisen eine konstant hohe Körpertemperatur auf
- zu ihnen gehören die Säugetiere & Vögel
- Temperatur ihres Körperinneren = zwischen 35°C und 44°C, schwankt nur um etwa ein Grad
- äußerer Körperbereich weniger konstant
Homoiotherme -> gleichwarme Tiere
Winterschlaf
- Zustand stark herabgesetzter Lebensfunktionen
- Fledermäuse, Igel, Siebenschläfer, Murmeltiere und Hamster
- zum überstehen des nahrungsarmen winters
- Körpertemperatur wird auf Umgebungstemperatur herabgesetzt
- dies verringert den Energieumsatz auf 2% des Sommerbedarfs
bergmannsche Regel
- Individuen aus kalten Gebieten sind größer als solche aus warmen Gebieten
- große Tiere bei niedriger Außentemperatur im Vorteil, da die Wärmebildung vor allem vom Körpervolumen, die Wärmeabstrahlung aber von der Körperoberfläche abhängt.
allensche Regel
- Körperanhänge (Ohren, Schwanz, Gliedmaßen) von Individuen aus kalter Zone verhältnismäßig klein und bei solchen aus warmen Gebieten dagegen groß, da sie besonders viel Wärme an die Umgebung abgeben
Ökofaktor Licht
- Sonnenlicht = Grundlage des Lebens auf der Erde
Lichtkeimer -> Keimung durch Licht gefördert
Dunkelkeimer -> Licht wirkt keimungshemmend
Ökofaktor Wasser
- als Lösemittel, Transportmittel und Reaktionspartner benötigt
- in lebenden Zellen das bei weitem häufigste Molekül
- Muskelgewebe des Menschen enthält 77% Wasser, Muskelgewebe noch 30%
- Wasser bedeckt 2/3 der Erdoberfläche
-Wasser ist polar aufgebaut und stellt für andere polare Stoffe wie Salze, Säuren, Zucker, Alkohole aber auch Peptide und Proteine ein ausgezeichnetes Lösemittel dar
- durch Verdunstung von Wasser können sich Tiere und Pflanzen vor Überhitzung schützen
- Wasser hat bei 4°C seine größte Dichte
- Wasser kann deshalb in den Tiefen eines Sees nicht kälter als 4°C sein
Wasserhaushalt der Pflanzen
- Samenpflanzen zeichnen sich durch einen sehr konstanten Wassergehalt aus
- Voraussetzung dafür sind typische Baumerkmale:
-> Vakuole als zellulärer Wasservorrat -> wachshaltige Cuticula als Austrocknungsschutz
-> Spaltöffnungen zur Regelung der Wasserabgabe
- Zellen der Wurzel, vor allem die dünnwandigen Wurzelhaare, nehmen durch Diffusion und Osmose Wasser aus dem Boden auf
- Wasser strömt in Richtung seines Konzentrationsgefälles aus dem wasserreichen Boden in die wasserärmeren Zellen
- osmotischer Wert der Zelle muss den des Bodens übertreffen
Wurzelrinde -> äußerer Bereich der Wurzel
-> speichern von Reservestoffen
- Wurzelrinde kann das Wasser sowohl über die Zellwände als auch über das Zellplasma von Zelle zu Zelle bis zu Endodermis
Endodermis –> innerste Schicht der Wurzelrinde, sie kontrolliert den Stoffdurchtritt zum Zentralzylinder im Wurzelinneren
- ihre seitlichen Zellwände sind durch den korkhaltigen Caspary-Streifen wasserundurchlässig
- Wasser muss daher auf seinem Weg zu den Leitbündeln im Zentralzylinder die selektiv permeable Membran und das Zellplasma der Endodermiszelle passieren.
An Wasser angepasste Pflanzen
Hydrophyten->Wasserpflanzen -> Spaltöffnunf an Oberseite
-> Wasser, CO2, Mineralstoffe durch zarte Epidermis über ganze Oberfläche aufnehmen
Hygrophyten ->Feuchtpflanzen
-> tropische Wälder, Schluchten, feuchte Wälder
->dünne große Blätter
-> lebende Haare vorgewölbte Zellen
-> herausgehobene Spaltöffnungen in der Epidermis
Xerophyten -> Trockenpflanzen
-> trockene, stark besonnte Standtorte
-> kleine oft verdorrte Blätter
-> dicke Cuticula
-> Wachsüberzüge =>verhindern übermäßige Transpiration -> tote Haare
-> eingesenkte Spaltöffnungen
-> Rollblätter
Sukkulente ->Wasserspeicherpflanzen -> speichern Wasser in Spross & Blätter
-> ähnliche Baumerkmale wie Trockenpflanze
Epiphyten->Aufsitzerpflanzen -> auf Rinde, Ästen usw. von anderen Pflanzen
-> keine Parasiten
-> entzieht den besiedelten Pflanzen weder Wasser noch Nährstoffe
-> erhalten viel Licht
-> Beschaffung Wasser & Nährstoffe schwierig
Lianen ->Schlingpflanzen
-> mit windenden Bewegungen an anderen Pflanzen in die Höhe
-> aus dem Schatten ins Licht
-> Wasserversorgung schwierig
Wasser – und Ionenhaushalt der Tiere
Meerestiere
- bei vielen Meerestieren unterscheidet sich der Wasser – und Ionenhaushalt der Zellflüssigkeit praktisch nicht vom Meerwasser ringsherum
- weniger als 1% der Wassertiere können sowohl im Salz – als auch im Süßwasser existieren
-> der unterschiedliche Salzgehalt bietet eine sehr wirksame Schranke
poikilo-osmotisch-> der osmotische Wert der Zell – und Körperflüssigkeiten stimmt mit dem des
umgebenden Meerwasser überein.
-> die meisten Wirbellosen unter den Meerestieren sind so
-> weit überwiegende Zahl der Stachelhäuter, Krebse, Ringelwürmer und Tintenfische erträgt nur geringe Schwankungen des Salzgehalts, sie sind deshalb auf bestimmte Meeresbereiche mit relativ konstantem Salzgehalt beschränkt
-> in Bereichen, wo sich der Salzgehalt rasch ändern kann, wie im Gezeitenbereich, leben Arten, die solchen Schwankungen gewachsen sind. Sie scheiden je nach Situation Wasser aus, nehmen Ionen auf, bilden osmotisch wirksame Aminosäuren oder bauen diese ab, bis sie wieder mit Ihrer Umgebung isotonisch sind.
homoio-osmotisch-> osmotischer Wert ist konstant und weicht vom umgebenden Meerwasser ab -> Meeresfische
-> Fische verlieren durch Osmose ständig Wasser an die Umgebung. Den Wasserverlust gleichen sie jedoch durch trinken von Meerwasser aus. Die Salzionen, die dabei im Überschuss in den Körper gelangen, scheiden sie über spezialisierte „Chloridzellen“ in den Kiemen aktiv – unter ATP-Verbrauch – wieder aus.
-> Meeresfische sind also zur Osmoregulation fähig und können so ihren osmotischen Wert im hypertonischen Meerwasser aufrechterhalten.
Osmoregulation bei Meeresfischen: aktiver Ausgleich des osmotischen Wasserverlusts an die Umwelt
Süßwassertiere
- der osmotische Wert der Zell – und Körperflüssigkeit aller Süßwassertiere liegt weit höher als der ihres Wohngewässers
- in der hypertonischen Umgebung sind Süßwassertiere deshalb auf Osmoregulation angewiesen
- sie sind einem ständigen Einstrom von Wasser ausgesetzt und müssen mit Salzen deshalb sparsam umgehen
- Süßwasserfische geben über die Nieren große Mengen stark verdünnten Harn ab. Außerdem transportieren ihre Chloridzellen Ionen aktiv in den Körper, besonders Natrium und Chloridionen
- Wanderfische wie Aal und Lachs können die Pumprichtung der Chloridionen umkehren und so zeitweise im Süßwasser und zeitweise im Salzwasser leben
Osmoregulation bei Süßwasserfischen: aktiver Ausgleich des osmotischen Wassereinstroms aus der Umwelt
Landtiere
- äußere Hülle von Landtieren ist so gebaut, dass die Verdunstung von wasser eingeschränkt ist
- Kot und Harn werden entwässert um Wasser zu sparen
- Seevögel wie Möwen und Albatrosse haben über den Augen Salzdrüsen, da sie mit der Nahrung viele Salze aufnehmen. Diese Drüsen scheiden ein Sekret ab, das etwa doppelt so salzhaltig ist wie Meerwasser
biotische Ökofaktoren
Parasiten/Schmarotzer -> Lebewesen, die von anderen Lebewesen Nahrung beziehen ohne sie sofort zu töten
Wirt -> von Parasiten/Schmarotzern geschädigtes Lebewesen
Ektoparasiten -> Außenschmarotzer halten sich am Wirt fest
Endoparasiten -> Innenschmarotzer dringen in den Wirt ein
Symbionten -> Lebewesen, die zu verschiedenen Arten gehören und mit wechselseitigem Nutzen regelmäßig miteinander vergesellschaftet sind.
Symbiose -> Beziehung der Symbionten
-> diese beziehung kann so eng sein, dass der eine Partner vom anderem weitgehend abhängig ist.
-> erweitert die ökologischen Möglichkeiten beider Partner
-> einige Symbiosen beruhen darauf, dass Stoffwechselleistungen ergänzt oder einseitige Spezialisierungen ausgeglichen werden
Konkurrenten -> Lebewesen, die miteinander im Wettbewerb um einen Faktor stehen.
interspezifische Konkurrenz ->zwischenartliche Konkurrenz, zwischen verschiedenen Arten
intraspezifische Konkurrenz ->innerartliche Konkurrenz, innerhalb einer Art -> z.B.: um Gebiete zur Jungenaufzucht, Geschlechtspartner
Fressfeinde
- man unterscheidet meist zwei Typen von Fressfeinden
-> Räuber oder Beutegreifer töten und fressen andere Lebewesen
-> Pflanzenfresser fressen meist nur Teile von Pflanzen ohne diese „Beute“ in der Regel zu töten
Carnivoren -> Fleischfresser
Herbivoren -> Pflanzenfresser
Omnivoren -> Allesfresser
Fressfeind – Beute – Beziehung
Ko-Evolution -> Fangorgane in einem langen Evolutionsprozess beim Feind entwickelt, Abwehreinrichtungen bei der Beute herausgebildet
monophag -> Fressfeind, der nur auf eine Nahrung festgelegt ist
verschiedene Techniken des Beuteerwerbs und der Nahrungsaufnahme
Filtrierer ->filtern Nahrung bestimmter Größe aus dem Wasser
Strudler -> erzeugen zum Ausfiltern der Nahrung einen Wasserstrom
Sammler ->lesen gezielt einzelne Beuteobjekte auf
Weidegänger ->beißen Pflanzenteile ab und zerkleinern sie
Fallensteller -> netzte bauende Spinnen oder auch Fallgruben bauende Ameisenlöwen
Jäger -> lauern der Beute auf & erjagen sie im Lauf, Flug oder schwimmend
ökologische Nische
-> Gesamtheit der Beziehungen zwischen einer Art und ihrer Umwelt
- wenn Arten nebeneinander bestehen, verringern sie ihre Konkurrenz in dem sie sich unterschiedlich einnischen -> in verschiedene Lebensräume
-> Spezialisierung auf verschiedene Nahrung/ Entwicklung verschiedener „Fangorgane“
-> Entwicklung unterschiedlicher Körpergröße und Sonderung nach Beutegröße
Verringerung innerartlicher Konkurrenz
- Abgrenzung von Territorien oder Revieren -> Revierbildung
- starke Unterschiede zwischen Jugend – und Altersform
-> Raupe und Schmetterling oder Kaulquappe und Frosch
-Sexualdimorphismus -> Unterschiede zwischen den Geschlechtern
Populationen
Population -> die Gesamtheit der Individuen einer Organismenart, die zur gleichen Zeit in einem unbegrenzten Gebiet leben, sich ohne Einschränkung untereinander fortpflanzen können Populationsdichte ->die Anzahl der Individuen einer Art im Verhältnis zu einer Fläche oder zu einem Volumen um den Zustand der Population zu beschreiben.
Populationsdynamik
Abhängigkeit der Dichten von Räuber und Beute Populationen
zu 1 -> je mehr Beutetiere es gibt, desto häufiger trifft ein Räuber auf eines davon und kann es erbeuten
zu 2 -> je öfter ein solcher Kontakt stattfindet, desto größer wird die Geburtenrate der Räuber
zu 3 -> ein Anstieg der Geburtenrate der Räuber führt zu einer großen Dichte der Räuberpopulation
zu 4 -> je mehr Räuber es gibt, desto häufiger trifft ein Beutetier auf einen davon und wird erlegt.
zu 5 -> je öfter ein solcher Kontakt stattfindet, desto größer ist die Sterberate der beutetiere
zu 6 -> ein Anstieg der Sterberate der Beute führt zu einer geringeren Dichte der beutepopulation
- eine Zunahme der Beutepopulation führt zu einem anwachsen der Räuberpopulation
- das Anwachsen der Räuberpopulation führt nach eiuniger zeit zu einem absinken der beutepopulation
- die niedrige Zahl von Beutetieren führt dann zu einer reduktion der anzahl der räuber
- die abnahme der räuberpopulation erlaubt dann wieder das anwachsen der beutepopulation
Anschließend beginnt der Zyklus von vorne!!!
Regulation von Populationsdichten
1. Dichteunabhängige Faktoren
- einige Klimafaktoren wirken Dichteunabhängig ->z.B. Temperatur, Überschwemmung
- sie treffen kleine Populationen in gleicher Weise wie große
2. Dichteabhängige Faktoren
-> z.B. Übertragung von Krankheiten
-> z.B. Nahrung
- Einfluss auf Sterbe – und Geburtsrate
Volterra-Regeln
- Entwicklung von Beute – und Fressfeinpopulation durch Regeln miteinander verknüpft
1.Volterra-regel
- Populationsdichten von Beute und Fressfeinden schwanken periodisch und zeitlich gegeneinander verschoben -> Hase und Luchs: Luchs vermindert Population des hasen, dadurch ist kein Futter mehr da = weniger Luchse = Population der hasen erholt sich = wieder mehr Luchse
2.Volterra-regel
- Dichte jeder Population schwankt um einen Mittelwert
3.Volterra-regel
- Erhöhung der Beutedichte bewirkt eine Zunahme der Fressfeinde. Gleich starke Verminderung beider Arten führt dazu, dass sich die Population der Beute schneller erholt als die des Fressfeindes -> immer ein Eingriff
Fortpflanzungsstrategien
r-Strategie ->stark schwankende Populationsdichte
-> meist klein, kurzlebig
-> erzeugen schnell viele Nachkommen
-> z.b. einjährige Pflanzen, Rosenblattlarven, Wasserflöhe, Planktonalgen
k-Strategie ->langfristig konstante Populationsdichte
-> groß, langlebig
-> wenig Nachkommen
-> z.B. Bäume, große Säugetiere, Affen, Mensch
