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°C 18°℃ CEFFERED 6°C 4°C Herbst 7 4°C OO 5b Die entstandene lebende Substanz pro Fläche wird als Biomasse bezeichnet. Ein Vergleich mit der Situation im Winter ergibt den Biomasse- zuwachs, genannt Produktion, gemessen als Biomasse pro Fläche und Zeit Stabile Schichtung aufgrund der besonderen Eigenschaften des Wassers (Dichteanomalie); Wasser hat eine hohe Wärmekapazität jedoch nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit -> Wärme verteilt sich nicht und Schichten entstehen Im Sommer ist das Epilimnion die wärmste Schicht, im Metalimnion fällt die Temperatur stark ab, daher heißt diese Ebene die Sprungschicht, im Hyperlimnion liegt die Temperatur bei ca. 4°C Umgekehrt im Winter: Größte Dichte bei 4°C, daher wärmste Schicht mit 4°C im Hyperlimnion, kälteste Schicht im Epilimnion (Eis an der Oberfläche, schirmt Tiefen des Sees vor Kälte ab -> Überleben der Tiere im Wasser) Phasen der ausgeprägten Sprungschicht heißen Sommer- und Winterstagnation 10 Dazwischen liegen die Frühjahrs- und Herbstzirkulation Außentemperaturen ändern sich so stark, sodass die Schichtung zwischenzeitlich aufgehoben wird ; unterstützt von den Winden wird das Seewasser insgesamt umgewälzt O Es herrschen weitgehend einheitliche Bedingungen im See Im mitteleuropäischen Sommer schwanken die Temperaturen zwischen Tag und Nacht sodass man eine auf das Epilimnion beschränkte Zirkulation vorfindet, die dort für weitgehend einheitliche Temperaturen sorgt 11 12 POPULATIONSÖKOLOGIE Populationswachstum: Die Populationsgröße bezeichnet die Anzahl der Individuen einer Art innerhalb des Ökosystems; Populationsdichte bezieht diese Zahl auf die Fläche des Lebensraumes Das Wachsen einer Population kann man in Wachstumskurven verfolgen Anlaufphase: Exponentielle Phase: Stationäre Phase: Wachstum ist beschränkt durch Nahrungsangebot, Platzbedarf der Individuen etc. und geht damit bei Erreichen der Kapazitäten in die stationäre Phase über Ein solches Population, das bis an die Kapazitätsgrenze eines Ökosystems reicht, nennt man logistisches Wachstum O O O Fortpflanzungsstrategien II. Populationsdynamik III. ▪ Zeit bis zur Geschlechtsreife Zeitpunkt der Reproduktion Anzahl erster Nachkommen Größe der Nachkommen/Eier elterliche Fürsorge Reproduktionsrate Lebenserwartung Sterblichkeit O r-Stratege kurz früh viele klein keine/gering hoch Das Lotka-Volterra-Modell I. niedrig hoch Unter natürlichen Bedingungen ist eine Population dynamisch (ständige Veränderungen) Gründe: dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren O Dichteabhängige Faktoren: Nahrungsangebot, Zahl der Fressfeinde, Konkurrenz bei steigender Individu- en Anzahl -> das und Vermehrung Fressfeinde erniedrigen Vermehrungsrate und steigert Sterberate Man erkennt Regelmäßigkeiten Dichteunabhängige Faktoren: Veränderungen im Biotop -> Klima, geologische Beschaffenheit der Um- welt (sehr kalte Winter und lange Dürreperioden Unregelmäßige Schwankungen in der Populationsdichte k-Stratege lang spät wenige groß sehr ausgeprägt niedrig hoch niedrig Regel der periodischen Zyklen Die Populationsdichten von Räuber und Beute schwanken periodisch, wobei Maxima und Minima des Räubers denen der Beute phasenverzögert folgt. Regel der konstanten Mittelwerte Die Populationsdichten schwanken jeweils um konstante Mittelwerte. Die Individuenzahl der Beute liegt dabei durch- schnittlich höher (durch periodischen Verlauf). Regel der Störung der Mittelwerte Werden die Individuenzahlen von Räuber und Beute gleich Stark proportional zu ihren Ausgangswerten vermindert, so erhöht sich die Population der Beute schneller als die des Räubers. Regulation durch negative Rückkopplung Räuberpopulation Beutepopulation Je mehr Räuber, desto weniger Beute Je weniger Beute, desto weniger Räuber Je weniger Räuber, desto mehr Beute Je mehr Beute, desto mehr Räuber + ... gleichsinnige Beziehung gegensinnige Beziehung PROBLEM: Unter natürlichen Umständen weitaus komplexer, da Räuber oft nicht nur eine Beuteart hat und die Beute nicht nur einen Fressfeind Räuber-Beute-Beziehung durch Einfluss des Menschen nicht mehr so stark vorhanden (z. B. im Wald, Rehe vermehren sich stetig) & heutzutage oft für die Schädlingsbekämpfung eingesetzt ! ein anderes Verhalten ist die Gradation oder Massenvermehrung, Tierarten treten in unregelmäßigen Abständen massen- haft auf, um kurz darauf fast völlig zu verschwinden (z.B. bei Insekten, Ratten etc.) -> extreme Platz- und Nahrungsprobleme in der Spitze der Gradationsphase wodurch viele dieser Tiere aus dem Ökosystem abwandern ! AUFBAU EINES ÖKOSYSTEMS Biozönose Gesamtheit aller biotischen Faktoren Interspezifische Faktoren (ausgehend von der Eigenen Art) Standort Habitat Population Ökologie Terrestrische Ökosysteme Aquatische Ökosysteme Marine Systeme Ozeane Wattenmeer intraspezifische Faktoren (ausgehend von anderen Arten) ■ ! Immer unterschiedlich groß ! Biosphäre Ökosystem fester Ort an welchem ein Lebewesen im Biotop vorkommt Gebiet, in dem sich ein Lebewesen einer Art bewegt Alle Lebewesen einer Art, die in einem Gebiet leben und eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden Wissenschaft der Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen und der Umwelt Ökosysteme, die an festes Land gebunden sind (Wald, Wiese) Ökosysteme, die an Wasser gebunden sind limnische Systeme stehende Gewässer (Seen) Gesamtheit aller Ökosysteme SAUERSTOFFGEHALT/NÄHRGEHALT IM SEE Sauerstoffgehalt verändert sich je nach Wassertiefe; in der Nährschicht wird Sauerstoff bei der Fotosynthese pro- duziert, in der Zehrschicht bei der Atmung verbraucht Biotop Gesamtheit aller abiotischen Faktoren In der Stagnationsphase herrscht ein Sauerstoffgefälle von der Oberfläche zum Boden des Sees Sauerstoff löst sich besser in kaltem Wasser als in warmen Wasser ABIOTISCHER FAKTOR TEPERATUR Gleichwarme Tiere -> Halten Körpertemperatur konstant -> langfristige Anpassung (Fell, Federn um den Wärmeverlust zu minimieren, Energieverbrauch zur Haltung der Körpertemperatur zu minimieren) -> kurzfristige Anpassung an Kälte: Muskelzittern -> Anpassung an Hitze: Schweiß (Kühlung) Sauerstoffgefälle wird durch Vollzirkulation im Frühjahr und Herbst wieder ausgeglichen Umgekehrt Nährsalzen: von Produzenten in der Nährschicht verbraucht und von Destruenten in der Zehr- schicht gebildet; Vollzirkulation im Frühjahr und Herbst führt zum Ausgleich der Verhältnisse Steigende Wassertemperaturen -> sinkender Sauerstoffgehalt, jedoch Steigung des Verbrauchs von heterotrophen Organismen In eutrophen Seen: Sauerstoff knapp, aerob lebende Organismen sterben (Umkippen des Sees); totes organi- sches Material wird anaerob abgebaut -> Schlammschicht entsteht mit verwertbaren Mineralstoffen O Herbstzirkulation bringt Sauerstoff in alle Seeschichten O Eutrophe Seen sind meist flach und mit starkem Pflanzenwuchs Oligotrophe Seen: tiefer und kälter, Nährsalzgehalt das ganze Jahr über gering; abgestorbenes biologisches Mate- rial bereits in der Nährschicht zersetzt, daher keine Schlammschicht am Grund; jedoch auch noch in der Tiefe ein relativ hoher Sauerstoffgehalt -> Wärmeabgabe durch Körperoberfläche -> Wärmeproduktion durch Stoffwechsel (60% Wärme, 40% ATP) fließende Gewässer (Flüsse) Bergmannsche Regel: In kalten Regionen sind Tiere oft größer als in warmen Regi- onen, da Oberfläche zum Volumen kleiner ist (Wärmeverlust minimiert) Allensche Regel: Körperanhänge in kalten Regionen kleiner als in wärmeren Regionen (Verhältnis Oberfläche-Volumen minimieren) Wechselwarme Tiere -> Körpertemperatur passt sich Umwelt an und ist somit von ihr abhängig (RGT-Regel) -> Regulation ist passiv, durch Aufsuchen wärmerer/kälterer Orte -> Kältestarre bei Temperaturen unter 5°C -> kein Ortswechsel mehr möglich -> Frost: Eiskristalle in Zellen -> Zellmembranen zerstört -> Tod -> manche Tiere können Eisbildung in Zellen durch bestimmtes Substrat in Körperflüssigkeit -> zu hohe Temperaturen -> Hitzetod (ENZYMATIK) -> Hitzestarre: keine Bewegung um Wärmeenergie nicht entstehen zu lassen Stoffwechselrate von gleichwarmen Tieren (Thermoregulierer) ist vergleichsweise höher als die der wechselwarmen Tiere (Thermokonformer). Dafür sind sie jedoch fast nie in ihrer Bewegung eingeschränkt. WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN LEBEWESEN Konkurrenz um Parasitismus INTRASPEZIFISCHE WECHSELWIRKUNG Nahrungsbeziehungen -> Vertreter einer Art fressen Vertreter einer anderen Art (sterben nicht unbedingt, z.B. Pflanzenfresser fressen nur Teile ab) Koexistenz -> die Fähigkeit zweier Arten, im gleichen Lebensraum zu existieren Symbiose -> Dauerhafte Wechselwirkungen zwischen Vertretern zweier Arten, die für beide nur Vorteile bringt (ohne diese Wechsel- wirkungen meist eingeschränktes Leben) -> Clownsfisch - Seeanemone -> Wechselwirkungen zwischen Vertretern zweier Arten, bei denen nur der Parasit einen Vorteil hat -> Parasiten sind Lebewesen, die auf einem artfremden Organismus leben, von ihm Nahrung beziehen oder ihn schädigen -> Wirt wird meist nicht getötet, er soll den Parasiten nur das Leben und die Fortpflanzung ermöglichen (Mücke saugt Blut vom Menschen) KONKURRENZ UND ÖKOLOGISCHE NISCHEN Intraspezifische Konkurrenz -> innerhalb einer Population (Fortpflanzungsgemeinschaft) -> z.B. um Nahrung, Geschlechtspartner, Nistplätze etc. Tiefe in m (log. Skala) Nahrung/Ressourcen Lebensraum/Revier Geschlechtspartner Rangordnung ÖKOSYSTEM MEER Ökologische Nische -> Die Gesamtheit aller Wechselbeziehungen (biotische und abiotische Faktoren), die auf eine Art einwirken 0-MHW 10- Konkurrenzausschlussprinzip -> verschiedene Arten können nicht langfristig in einem Lebensraum koexistieren, wenn sie die gleiche ökologische Nische besetzen (übereinstimmende Ansprüche an ihre Umwelt) -> Besetzung verschiedener ökologischer Nischen vermeidet Konkurrenz Nischendifferenzierung -> eine Art passt sich an, indem sie ihre Ansprüche verändert und so eine neue Nische belegt 50- 100- 200- 500- 1000- 2000. 3000 5000. 10000 MW MTW SPZ Flachsee Neritisch (kontinental) supralitoral --Gezeitenzone-. --Mesolitoral-- Eulitoral BENTHAL PELAGIAL - Infralitoral Hoch- und Tiefsee Kontinentalsockel, Schelf sublitoral Bathyal Konkurrenz, Nahrung, Licht Konkurrenzbeziehungen (Pflanzen z.B.) Ozeanisch Epipelagialer Raum Kontinentalrand INTERSPEZIFISCHE WECHSELWIRKUNG Mesopelagialer Raum Abyssak Hadal Räuber-Beute-Beziehungen Bathypelagialer Raum Symbiose Parasitismus Abyssopelag Raum Euphotisch Aphotisch Interspezifische Konkurrenz -> zwischen Populationen zweier Arten -> z.B. wenn beide dieselbe Nahrung bevorzugen, ähnliche Präferenzen bzgl. Ihres Standortes haben Dichte von Salzwasser -> Umso höher der Salzgehalt, desto niedriger der Gefrier- punkt und desto niedriger die Temperatur der größten Dichte (niedriger als 4°C) Körper- und Umgebungskonzentration Homoiosmotisch ->gleiche Salzkonzentration Poikilosmotisch -> unterschiedliche Salzkonzentration Verschiedene Angepasstheiten an Salzgehalt bei Pflanzen [Halophyten] (Absalzhaare, Abwurf von Pflanzenteilen, Suk- kulenz -> Verdünnung Salzgehalt), um nicht zu verdurs- ten/sich nicht zu vergiften Verschiedene Angepasstheiten an Salzgehalt bei Tieren (Salzgehalt im Körper regulieren über Panzer z.B., Salzdrü- sen, osmotischer Druck)