ÖKOLOGIE
Definition
Ökologie ist die Lehre von den Wechselbeziehungen der Tiere und Pflanzen untereinander und mit ihrer belebten und unbelebten Umwelt.
Man unterscheidet
· unbelebte (abiotische) Ökologiefaktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit, Windverhältnisse, Bodenbeschaffenheit und
· biotische (belebte) Ökologiefaktoren wie Feinde, Nahrung bzw. Beute, Parasiten, Konkurrenten usw.
Ökologische Nische:
Summe der Wechselbeziehungen einer Art mit ihrer belebten und unbelebten Umwelt.
Optimumskurven
Verschiedene Arten sind unterschiedlich tolerant gegenüber den abiotischen Faktoren, z.B. der Temperatur. In der Ökologie wird dies mit Hilfe von Toleranzkurven dargestellt.
Hier ist ein verständlicher Artikel über die Toleranzkurven mit guten Begriffsdefinitionen.
Abiotischer Faktor Temperatur
RGT-Regel: Eine Temperaturerhöhung um 10 Grad bewirkt eine Verdoppelung der Reaktionsgeschwindigkeit.
Enzymkatalysierte Reaktionen unterliegen der RGT-Regel!
Wechselwarme Tiere (poikilotherm)
· Körpertemperatur entspricht Außentemperatur
· Eher schmales Präferendum (stenotherm)
. Fische, Amphibien, Reptilien, wirbellose Tiere
Gleichwarme Tiere (homoiotherm)
· Halten ihre Körpertemperatur konstant
· Breiteres Präferendum (eurytherm)
· Vögel und Säugetiere!
Überwinterungsstrategien im Tierreich
Gleichwarme Tiere
· Aktiv im Winter (Reh, Wolf, Fuchs…)
· Winterschlaf (Bär)
· Winterruhe (Eichhörnchen)
· Vogelzug
(Zugvögel z.B. Schwalbe, Standvögel z.B. Möwe)
Wechselwarme Tiere
· Winterstarre (Kröte)
· Überwintern als Ei oder Puppe (Insekten)
Hier ist ein kurzer Film über Winterschlaf und Winterruhe
Tiergeographische Regeln (für homoiotherme Tierarten)
Allensche Regel
Körpernanhänge wie Ohren sind bei Arten in warmen Regionen häufig größer ausgebildet als bei verwandten Arten in kälteren Gebieten (z.B. Polarfuchs, Rotfuchs, Wüstenfuchs)
Bergmannsche Regel
Tiere in kalten Regionen sind häufig größer als die verwandten Arten in wärmeren Gebieten.
Begründung: kleinere Körper haben eine größere relative Oberfläche.
Wikipedia: Tiergeographische Regeln mit Abbildungen
Wasser bzw. die Bodenfeuchtigkeit ist für Pflanzen einer der wichtigsten unbelebten Faktoren. Aber auch die Tiere sind vom Wasser abhänigig, sogar die Wüstenbewohner.
Moose und Flechten sind poikilohydrisch (wechselfeucht): Wasserhaushalt abhängig von äußeren Bedingungen.
Andere Pflanzen (homoiohydrisch = gleichfeucht) sind weitgehend unabhängig, regulieren Wasserabgabe und Gasaustausch
Grobe Regel:
Je trockener der Standort,
· umso mehr trockenes Festigungsgewebe
· umso verzweigtere und tiefer gehende Wurzeln
Nach der Anpassung an die unterschiedlichen Feuchtigkeitsbedingungen unterscheidet man
Betrachten Sie dazu auch die Abbildungen über den unterschiedlichen Blattaufbau in Ihrem Buch.
Hier sind die unterschiedlichen Blattquerschnitte mit Übungen
Hier ist ein Artikel über den Wassertransport in der Pflanze mit HIlfe des Transpirationssogs.
Die Pflanze verdunstet über die Spaltöffnungen ihrer Blätter Wasser.
Dadurch entsteht ein Transpirationssog, der sich über das Leitungsgewebe bis in die Wurzelspitzen fortsetzt und dafür sorgt, dass Wasser aus dem Boden aufgenommen wird.
Dabei spielt der Kapillareffekt eine große Rolle, der letztlich auf der Tatsache beruht, dass die Wassermoleküle Dipole sind und über ihre Wasserstoff-Brückenbindungen aneinander hängen.
Bodenbeschaffenheit
Als wichtige abiotische Umweltfaktoren wirken hier
Bodenhorizonte
Auflagehorizont (O-Horizont): Enthält v.a. Humus, Tiere und Wurzeln
A-Horizont: stark humushaltiger (=humoser) Bodenhorizont, besser zersetzt, ca. 50% Hohlräume (!), Lebensraum für Wurzeln und Tiere => Mutterboden
B- Horizont: Kennzeichen ist die starke
Mineralverwitterung und der nur geringe Humusanteil.
=> Verwitterungsschicht
C-Horizont: Ausgangs- oder Bodengestein
Während bei uns das Gestein oft erst in einigen Metern Tiefe beginnt, liegt im tropischen Regenwald, dies oft nur 30cm tief.
=> kaum Speicherung von Nährstoffen möglich.
Abiotischer Umweltfaktor Licht
Einfluss der Lichtintensität
Schattenpflanzen
eher große dünne Blätter
dünne Cuticula
erreichen eine geringere Photosyntheserate, aber schon bei geringer
Lichtintensität (ca. 10%)
niedrigerer Lichtkompensationspunkt* => positive Nettofotosyntheserate bei
geringem Lichteinfall
Sonnenpflanzen
dickes chlorophyllreiches Palisadenparenchym
dicke Cuticula
rel. wenig Spaltöffnungen
erreichen eine höhere Photosyntheserate, die aber erst bei hoher
Lichtintensität
höherer Lichtkompensationspunkt*
* Der Lichtkompensationspunkt gibt die Intensität an, bei der der CO2-Verbrauch durch Fotosynthese und die CO2-Erzeugung durch Atmung (und Fotorespiration) gleich sind.
Hier ist die beschriftete Abbildung eines Blattquerschnittes von U. Hellmich
Photoperiodischer Einfluss
Kurztagpflanzen
• benötigen zur Blühinduktion eine Belichtungsphase unter 10-14 h
(Mais, Hirse, Reis, Soja, Baumwolle)
Langtagpflanzen
• benötigen zur Blühinduktion eine Belichtungsphase über 10-14 h
(viele heimische Kulturpflanzen)
Es gibt auch viele tagneutrale Pflanzenarten.
Biotische Umweltfaktoren
Räuber-Beute-Beziehung
Lotka-Volterra-Regeln:
1. Die Dichten der Populationen* von Räuber und Beute schwanken periodisch. Dabei sind
die Maxima phasenweise verschoben.
(Einem Maximum der Beutekurve folgt immer ein Maximum der Räuberkurve).
2. Langfristig betrachtet schwanken die Populationen von Räuber und Beute um einen
konstanten Mittelwert.
Dabei liegt der Mittelwert der Beutekurve über dem Mittelwert der Räuberkurve.
3. Wird die Dichte von Räuber- und Beutepopulation z.B. durch eine Naturkatastrophe gleichermaßen verringert, erholt sich die Beutepopulation schneller als die Räuberpopulation.
Diese Regeln gelten strikt nur, wenn wir eine direkte Abhängigkeit der Räuber- und Beutepopulation haben:
Dieser Räuber frisst nur diese Beute. Diese Beute wird nur von diesem Räuber gejagt.
Beispiel: Schneeschuhhase - Kanadaluchs
Artikel: Lotka-Volterra-Regeln
Erklärfilm Lotka-Volterra-Regeln
*Population:
Alle Individuen einer Art in einem begrenzten Lebensraum bilden eine Population.
Beispiel: Alle Eichhörnchen in einem Waldgebiet.
Mitglieder einer Population können sich (zumindest theoretisch) untereinander fortpflanzen. Sie bilden einen Genpool (Summer der Gene einer Population).
Tarnen, Warnen, Täuschen
Tarnung
Tarnung bedeutet, dass ein Individuum an seinen Untergrund so angepasst ist, dass es für einen potentiellen Fressfeind (oder ein potentielles Beutetier) nicht so leicht erkennbar ist
Mimese (Nachahmungstracht)
Einige Insekten ahmen in Farbe und/oder Gestalt ihren Untergrund nach und sind so für einen potentiellen Fressfeind
unsichtbar.
Beispiele für Mimese: Wandelndes Blatt (Heuschrecke)
Mimikry
Andere harmlose Insektenarten ähneln wehrhaften, giftigen oder übelschmeckenden Insektenarten. Diese Täuschungstracht wird
Mimikry genannt.
Beispiele:
• Hornissenschwärmer ahmt Hornisse (wehrhaft) nach
• Wanzen ahmen übelschmeckenden Weichkäfer nach
Schrecktracht
Beim Abendpfauenauge sollen große „Augen“ auf den Flügeln Feinde abschrecken.
Neobiota - Biologische Invasion
Neobiota = Arten, die sich durch menschliche Einflussnahme in einem Gebiet etabliert haben, in dem sie zuvor nicht heimisch waren. (Stichjahr 1492)
· Neophyten (Pflanzen) z.B. Riesenbärenklau, Drüsiges Springkraut
· Neozoen (Tiere) z.B. Waschbär, Gründel, Wanderratte, Kartoffelkäfer
· Neomyceten (Pilze) z.B. Mehltau
Hier eine weitere Dokumentation
Hier ist ein Artikel in der Wikipedia zu diesem Thema
Hier ist ein Erklärfilm von the simple biology
Biotischer Faktor Konkurrenz
interspezifische Konkurrenz: Konkurrenz zwischen verschiedenen Organismenarten (Beisp.: Gräserarten Glatthafer, Trespe, Wiesenfuchsschwanz)
intraspezifische Konkurrenz: Konkurrenz zwischen Angehörigen derselben Art (Beispiel: Füchse in einem engen Waldstück).
Konkurrenzausschlussprinzip:
Zwei Arten mit identischen Ansprüchen an ihren Lebensraum (ihre Umwelt) können auf Dauer nicht nebeneinander existieren.
Konkurrenzvermeidung:
Arten mit ähnlichen Ansprüchen vermeiden direkte Konkurrenz z.B. durch
· Erweiterung des Nahrungsspektrums
· Andere Aktivitätszeiten (z.B. Tag-, Nachtaktivität)
· Ausweichen auf andere Bereiche des Lebensraums (z.B. obere Kronenschicht / untere Kronenschicht im Baum
Hier ist ein Erklärvideo zur Konkurrenz
Erklärvideo Konkurrenzausschlussprinzip
Die Ökologische Nische einer Art
Als Ökologische Nische bezeichnet man die Gesamtheit aller biotischen und abiotischen Umweltfaktoren, die das Überleben einer Art beeinflussen bzw. die Ansprüche einer Art an ihre Umwelt.
Dabei können zwei Arten per Definition nie dieselbe ökologische Nische besetzen, wohl aber eine analoge oder ähnliche.
In der Literatur findet man häufig auch den Begriff „ ökologische Planstelle“ innerhalb der Lebensgemeinschaft der verschiedenen Organismen im jeweiligen Biotop.
Hier ist eine ausführliche Erläuterung in der Wikipedia
Physiologische Potenz
Physiologische Potenz beschreibt die Fähigkeit von Organismen, unter idealen Bedingungen, also ohne Konkurrenz, zu überleben und sich fortzupflanzen (Laborversuche!).
Sie bezieht sich also auf den Toleranzbereich unter Laborbedingungen.
Ökologische Potenz
Ökologische Potenz bezeichnet die Fähigkeit von Organismen, unter konkurrierenden Bedingungen in einem bestimmten Lebensraum zu überleben.
Sie bezieht sich also auf den Toleranzbereich unter „realen“ Bedingungen.
Zeigerarten
Häufig kann man vom Vorkommen bestimmter Pflanzen auf die Unweltbedingungen schließen. Arten, die eine geringe ökologische Potenz gegenüber einem bestimmten Faktor aufweisen (stenök), dienen daher häufig als Bioindikatoren (Zeigerarten).
So ist die Brennessel ein Stickstoff-Zeiger, sie wächst nur auf Böden mit hohem Stickstoffgehalt.
Hier sind weitere Informationen und Beispiele zu Zeigerpflanzen
Parasiten
Ein Parasit ist ein Organismus, der auf Kosten eines anderen Organismus (einer anderen Art!) lebt, sich von ihm ernährt und ihn schädigt.
Kommt der Wirt in jedem Fall ums Leben, spricht man von einem Parasitoid*.
Man unterscheidet
· Endoparasit (innen im Wirt)
· Ektoparasit (außen am Wirt)
· stationärer Parasit (dauerhaft)
· temporärer Parasit (vorübergehend)
Beispiel Rinderbandwurm: Stationärer Endoparasit
Stechmücke: Temporärer Ektoparasit
*Beispiel: Schlupfwespe
Zwischen Parasit und Wirt besteht eine enge wechselseitige Beziehung
(evolutives Wettrüsten, Coevolution).
Symbiose
Hier ist eine Dokumentation mit Volker Arzt
Eine Symbiose ist eine Lebensgemeinschaft zweier Organismen unterschiedlicher Art zu beiderseitigem Nutzen.
Ist diese Beziehung für beide von Nutzen, aber nicht lebensnotwendig, spricht man auch von Mutalismus.
Beispiele:
Bei einer Karpose hat die eine Art einen Vorteil, die andere Art keinen Vorteil, aber auch keinen Nachteil
Population:
Alle Individuen einer Art in einem begrenzten Lebensraum bilden eine Population.
Beispiel: Alle Eichhörnchen in einem Waldgebiet.
Mitglieder einer Population können sich (zumindest theoretisch) untereinander fortpflanzen.
Eigenschaften von Populationen
· Die Gene aller Tiere eine Population bilden den Genpool dieser Population. Dieser besitzt eine genetische Variabilität.
· Die Anzahl der Tiere einer Population pro Fläche/Raum ist die Populationsdichte (Abundanz).
· Zuwanderung oder Abwanderung von Individuen zu/weg von einer Population nennt man Migration.
Wachstum von Populationen
· In der Wachstumsphase: Exponentielles Wachstum
· In der Verzögerungsphase: logistisches Wachstum
· In der stationären Phase: Kein Wachstum
· In der Absterbephase: Negatives Wachstum
Eigenschaften von Populationen
· Die Gene aller Tiere eine Population bilden den Genpool dieser Population. Dieser besitzt eine genetische Variabilität.
· Die Anzahl der Tiere einer Population pro Fläche/Raum ist die Populationsdichte (Abundanz).
· Zuwanderung oder Abwanderung von Individuen zu/weg von einer Population nennt man Migration.
Wachstum von Populationen
· In der Wachstumsphase: Exponentielles Wachstum
· In der Verzögerungsphase: logistisches Wachstum
· In der stationären Phase: Kein Wachstum
· In der Absterbephase: Negatives Wachstum
Dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren
Man unterteilt Faktoren die auf Populationen einwirken in dichteunabhängige- und dichteabhängige Faktoren.
Dichteabhängig ist ein Faktor wenn er in Verbindung mit der Anzahl der Individuen einer Population steht, also von der Größe der Population abhängt..
Beispiele:
· spezifische Fressfeinde (Räuber-Beute-Beziehung!)
· intraspezifische Konkurrenten
· Parasiten, ansteckende Krankheiten
· Dichtestress (Stress bei hoher Individuendichte)
Dichteunabhängig ist ein Faktor, wenn er nichts mit der Anzahl der Individuen einer Population zu tun hat.
Dazu zählen also
· alle abiotischen Faktoren, aber auch folgende biotische Faktoren:
· interspezifische Konkurrenz
· unspezifische Fressfeinde (keine direkte Räuber-Beute-Beziehung!)
· ferner nicht ansteckende Krankheiten
Vermehrungsstrategien
K-Strategen
· Langlebigkeit
· Geringe Nachkommenzahl
· Hohe Investition der Eltern in ihren Nachwuchs (Brutpflege: Die Eltern kümmern sich auch nach der Geburt / dem Schlupf um die Nachkommen)
· Beispiele: Primaten, Elefanten, Wale, große Greifvögel (Harpye)
r-Strategen
· Hohe Vermehrungsrate, hohe Nachkommenzahl
· Kurzlebigkeit
· Hohe Jugendsterblichkeit
· Keine Brutpflege
· Beispiele: Heuschrecken, Blattläuse, Frösche
Brutpflege: Die Eltern kümmern sich auch nach der Geburt/dem Schlupf um ihren Nachwuchs. Beispiel Vögel, Säugetiere
Brutfürsorge: Die Eltern versorgen den Nachwuchs (die Eier) z.B. mit Nahrung oder sorgen für besonderen Schutz, kümmern sich aber nach der Geburt nicht weiter.
Beispiel: Meeresschildkröten, viele Spinnen
Erfassung von abiotischen und Biotischen Faktoren in der Ökologie
Die Kartierung ist ein wesentliches Werkzeug in der Ökologie, das es ermöglicht, die räumliche Verteilung von Organismen, Lebensräumen und Umweltfaktoren zu erfassen und zu verstehen. Dabei werden die auf einem abgegrenzten Raum vorkommenden Arten erfasst (qualitativ und quantitativ).
Außerdem ist es immer sinnvoll, die abiotischen Faktoren (Temperatur, Feuchtigkeit, Wind etc.) zu untersuchen, um den Zusammenhängen auf die Spur zu kommen.
Film: Kartierung: Vegatationsaufnahme nach Braun-Blanquet
Film: Untersuchung eines Ökosystems (Wiese)