Grundlagen der Ökologie und Ökosysteme

Die Wechselwirkungen zwischen Organismen und Umwelt bilden die Grundlage der Ökologie. Diese wissenschaftliche Disziplin untersucht, wie Lebewesen mit ihrer Umgebung und untereinander interagieren. Ein Ökosystem besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Biotop (unbelebter Teil) und der Biozönose (Lebensgemeinschaft).

Der Biotop charakterisiert den umgebenden Lebensraum und enthält alle abiotischen Faktoren. Er stellt die kleinste Einheit der Biosphäre dar und schafft die grundlegenden Umweltbedingungen für die dort lebenden Organismen. Die Biozönose umfasst hingegen alle Beziehungen zwischen den Lebewesen innerhalb des Systems.

Definition: Ein Ökosystem ist die funktionale Einheit aus Biotop und Biozönose. Es ist offen für den Austausch von Energie und Stoffen mit anderen Systemen und besitzt die Fähigkeit zur Selbstregulation.

Ökosysteme sind dynamische Gebilde, die sich durch Sukzession von einem unreifen zu einem reifen Zustand entwickeln. Diese Entwicklung wird sowohl von inneren als auch äußeren Faktoren beeinflusst und zeigt die Anpassungsfähigkeit des Systems.

Umweltfaktoren und ihre Bedeutung

Die Abiotische und biotische Umweltfaktoren Ökosystem lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen. Abiotische Faktoren umfassen alle physikalisch-chemischen Einflüsse wie Temperatur, Licht, Wasser und Bodenstruktur. Diese Faktoren sind messbar und werden von Lebewesen nicht direkt beeinflusst.

Merke: Abiotische Faktoren bilden die Grundlage für das Leben im Ökosystem und bestimmen maßgeblich die Verbreitung von Arten.

Biotische Faktoren entstehen durch die Wechselwirkungen zwischen Lebewesen, sei es innerhalb einer Art oder zwischen verschiedenen Arten. Diese Interaktionen prägen die Dynamik des Ökosystems und beeinflussen die Populationsentwicklung.

Die Toleranzbereiche und ökologische Potenz beschreiben die Grenzen, innerhalb derer Organismen existieren können. Das Optimum bezeichnet dabei den Bereich mit den günstigsten Bedingungen, während die Pessima die Grenzbereiche des Überlebens markieren.

Ökologische und Physiologische Potenz

Die ökologische Potenz eines Organismus beschreibt seine tatsächliche Anpassungsfähigkeit unter realen Bedingungen. Sie wird durch Konkurrenz und andere Umweltfaktoren begrenzt und ist meist kleiner als die physiologische Potenz.

Beispiel: Die Rotbuche hat eine breite physiologische Potenz bezüglich der Bodenfeuchtigkeit, nutzt aber in natürlichen Ökosystemen nur einen Teil davon aus.

Die physiologische Potenz zeigt die genetisch festgelegte Toleranz gegenüber Umweltfaktoren unter optimalen Bedingungen. Sie stellt das theoretische Maximum der Anpassungsfähigkeit dar.

Die RGT-Regel beschreibt den Zusammenhang zwischen Temperatur und Stoffwechselaktivität: Eine Temperaturerhöhung um 10°C führt zur Verdopplung bis Verdreifachung der Reaktionsgeschwindigkeit.

Anpassungen von Organismen an Temperatur und Wasser

Die Wechselwirkungen zwischen Organismen und Umwelt zeigen sich besonders deutlich bei der Anpassung an Temperatur und Wasser. Diese abiotischen Umweltfaktoren spielen eine zentrale Rolle im Ökosystem.

Bei der Temperaturanpassung unterscheiden wir zwischen gleichwarmen und wechselwarmen Tieren. Die Bergmannsche Regel beschreibt, wie Tiere sich an verschiedene Klimazonen anpassen: Je kälter die Region, desto größer sind die Tiere einer Art. Der Kaiserpinguin (120 cm, 40 kg) in der Antarktis ist beispielsweise deutlich größer als sein Verwandter, der Galápagos-Pinguin (50 cm, 2 kg).

Definition: Die Bergmannsche Regel besagt, dass bei verwandten Arten die Körpergröße von warmen zu kalten Regionen zunimmt. Größere Tiere haben im Verhältnis zum Volumen eine kleinere Körperoberfläche und verlieren dadurch weniger Wärme.

Die Allensche Regel ergänzt diese Anpassung: Körperanhänge wie Ohren oder Schwänze sind bei Tieren in kalten Regionen kleiner als bei ihren Verwandten in warmen Gebieten. Dies zeigt sich deutlich beim Vergleich von Eisfuchs, Rotfuchs und Wüstenfuchs.