Ökologie

Alternativer Bildtext:

mehr messbar ist Toleranzbereich: Spanne des Ökofaktors, innerhalb die Individuen einer Art existieren können → Toleranzbereich unter natürlichen Konkurrenzbedingungen: ökologische Potenz →Toleranzbereich unter konkurrenzfreien Bedingungen: physiologische Potenz Präferenzbereich: Spanne des Ökofaktors, die die Individuen einer Art bevorzugen Pessima: Randbereiche der Toleranzspanne, in der die Individuen einer Art zwar überleben, sich aber nicht mehr fortpflanzen können Arten mit weiter Temperaturtoleranz: eurytherm (gleichwarm) Arten mit enger Temperaturtoleranz: stenotherm (wechselwarm) Arten mit einer engen ökologischen Potenz bezüglich eines abiotischen Ökofaktors → Stenotherme Arten eignen sich daher als Bioindikatoren Vorkommen oder Fehlen lässt Rückschlüsse auf Zustand eines Ökosystems zu Gesetz des Minimums Ökofaktor der im Minimum vorliegt, bestimmt die Vitalität einer Population (unter natürlichen Bedingungen) →➜ Nicht jedem Ökofaktor kommt dasselbe Gewicht zu Das Konzept der ökologischen Nische Ökologische Nische: Gesamtheit der biotischen & abiotischen Umweltfaktoren, die von einer Art beansprucht werden Vertreter verschiedener Arten können nur dann dauerhaft in einem Ökosystem koexistieren, sofern sich dessen ökologische Nischen unterscheiden → Konkurrenzausschlussprinzip Angepasstheiten an den Lebensraum Tiere Blätter Poikilotherme: Körpertemperatur kann nur über thermoregulatorische Verhaltensweisen beeinflusst werden Homoiotherme: gleichwarme Tiere können Körpertemperatur relativ unabhängig von der Umgebungstemperatur halten Winterschlaf mit abgesenkter Körpertemperatur bei stark verminderten Energieumsatz Bergmannsche Regel: Tiere gleicher Arten sind kälteren Regionen durchschnittlich größer Allensche Regel: Längere Körperanhänge bei Arten im warmen Gebieten im Vergleich zu kalten Regionen Angepasst an Blätter Cuticula Chloroplasten Größe der Gewerbe Wurzeln Sonnenblatt Warme, lichtreiche Standorte klein Dick, zur Minimierung von Verdunstung viele Dick, ausgeprägtes Palisadengewebe mit wenig Interzellularen tief Standortangepasstheiten bei Pflanzen Mesophyt: z.B. Eiche, Hainbuche Schattenblatt Kühle, lichtarme Standorte groß Geringe Sonneneinstrahlung, dünne Cuticula wenige Dünn, einschichtiges Palisadengewebe, ausgeprägtes Schwammgewebe mit großen Interzellularen flach → Mäßig-feuchte Gebiete → Große Blätter, Spaltöffnungen an der Unterseite → Blattabwurf im Winter oder Trockenzeit → Mäßig viele Spaltöffnungen → Stark ausgeprägtes Wurzelsystem, fungiert als Speicherorgan Hydrophyt: z.B. Seerose → Aquatische Gebiete → Morphologische Angepasstheiten, die Stoffaufnahme aus dem Wasser erleichtern ➜ Verzweigte, dünne Blätter mit dünnwändiger Epidermis → Luftgefüllte Hohlräume zum Schwimmen → Wenige Spaltöffnungen, an der Oberfläche → Kaum Wurzeln, wenn nur zur Verankerung Hygrophyt: z.B. Springkraut → Standorte mit hoher Luftfeuchtigkeit: tropisch-schattige, feuchte Gebiete → Morphologische Angepasstheiten, die Transpiration erleichtern ➜Großflächige, dünne Blätter, oft mit lebenden Haaren ➜Viele herausgehobene Spaltöffnungen ➜ Kleines Wurzelsystem Xerophyt: z.B. Oleander ➜ Trockene Standorte mit hoher Sonneneinstrahlung (Mittelmeergebiet) → Morphologische Angepasstheiten an hohe Temperaturen & Wassermangel ➜ Tiefgründiges, verzweigtes Wurzelsystem ➜Lange, ledrige, schlanke & giftige Blätter Sehr viele große Spaltöffnungen Populationsdynamik und Wechselwirkungen zwischen Populationen Populationsdynamik Population: alle in einem Gebiet vorkommenden Individuen einer Art mit gemeinsamen Genpool Wachstum wird durch Wachstumsrate r bestimmt ➜R=b-d-> Differenz zwischen Geburtenrate & Sterberate Exponentielles Wachstum Günstige Bedingungen, kein Umweltfaktor im Lebensraum wirkt begrenzend → Erschließen neuer Lebensräume oder Ressourcen, nach Verschleppung einer Art oder Schutz kurz vor dem Aussterben Sich ideal vermehrende Population Auf Dauer unmöglich Logistisches/Dichteabhängiges Wachstum Populationsentwicklung durch einen oder mehrere Umweltfaktoren begrenzt Wachstum einer Population schwächt sich mit zunehmender Dichte ab, Populationsgröße nähert sich einem konstanten Wert → Kapazitätsgrenze der Umwelt Wachstum dichteabhängig: Wachstumsrate davon abhängig, wie nahe die Individuenzahl der Kapazitätsgrenze gekommen ist Anlaufphase → Einstellung auf Lebensbedingungen Exponentielle Phase → Optimale Wachstumsbedingungen Logistische Phase →→Verringerte Wachstumsrate durch begrenzenden Faktor Stationäre Phase ➜Annähern & Erreichen der Umweltkapazität K Individuenzahl N Einfluss von Umweltfaktoren auf die Populationsdichte Faktoren, die die Größe einer Population beeinflussen N = Individuenzahl K = Kapazität R = Wachstumsrate=G - T t = Zeit G/T = Geburten-/Todesrate Absterbephase →Absinken der Individuenzahl durch Nahrungsmangel & Anhäufung von Abfallprodukten Dichteunabhängige Faktoren, v.a. abiotische Faktoren → Wirken unabhängig von der Populationsdichte ➜ Klima- & Bodenfaktoren Zeit t → Wetter & Witterung, Umweltkatastrophen, unspezifische Fressfeinde, zwischenartliche Konkurrenz, Umweltverschmutzungen Dichteabhängige Faktoren, v.a. biotische Faktoren → Wirken abhängig von der Populationsdichte → Nahrung, Konkurrenten, Parasiten & Krankheitserreger, Wohnraum, Fressfeinde Einfluss dichteabhängiger Faktoren führt zu negativer Rückkopplung → Hohe Populationsdichte -> Menge an verfügbarer Nahrung nimmt rasch ab -> geringere Wachstumsrate der Population -> Abnahme der Populationsdichte Bedeutung verschiedener Fortpflanzungsstrategien Wachstumsrate einer Population beruht auf genetisch festgelegten Eigenschaften: im Laufe der Evolution entwickelt r-Strategen (Vermehrungsstrategie) Hohe Wachstumsrate Pop.-Größe unterhalb von K Großes Verbreitungspotenzial Wechselnde Umweltbedingungen Kurze Lebensdauer Hohe Mortalität Einmalige Fortpflanzung Hohe Nachkommenzahl Schnelle Entwicklung der Nachkommen Keine Fürsorge der Eltern Schnelle Nutzung kurzzeitig Konkurrenz vorhandener Ressourcen Blattläuse, Feldmäuse K-Strategen (Anpassungsstrategie) Geringe Wachstumsrate Pop.-Größe dicht an K Mittelwert Geringes Verbreitungspotenzial Konstante Umweltbedingungen Lange Lebensdauer Geringe Mortalität Mehrmalige Fortpflanzung Geringe Nachkommenzahl Langsame Entwicklung der Nachkommen Wechsel rkungen zwischen Populationen verschiedener Arten Räuber-Beute-Beziehung Wachstumsrate einer Räuberpopulation von der Populationsdichte ihrer Beute abhängig → Veränderte Fressfeinddichten zu Schwankungen in der Beutepopulation In idealisierter Räuber-Beute-Beziehung (Fressfeind nur von einer Beuteart abhängig) gelten folgende Regeln: →1. Lotka-Volterra-Regel: Populationskurven schwanken periodisch, Maxima der Räuberpopulation folgen dabei phasenverzögert denen der Beutepopulation → 2. Lotka-Volterra-Regel: Populationskurven schwanken jeweils um einen konstanten Intensive Fürsorge der Eltern Spezielle Anpassungen zur effektiven Nutzung von Ressourcen Elefanten, langlebige Bäume (z.B. Eiche) ➜3. Lotka-Volterra-Regel: Individuenzahl der Beutetiere nimmt nach gleich starker Verminderung von Räuber- & Beutepopulation schneller wieder zu Wettbewerb von Lebewesen um knappe Ressourcen Intraspezifische Konkurrenz: Konkurrenz der Lebewesen einer Art untereinander → Konkurrenz um Geschlechtspartner besonders bedeutsam ➜Sexuelle Selektion → Fortpflanzungserfolg hängt bei vielen Arten von Wirksamkeit sexueller Auslöser ab Interspezifische Konkurrenz: Konkurrenz der Lebewesen unterschiedlicher Arten miteinander → Konkurrenzausschlussprinzip: Arten, die dieselbe ökologische Nische beanspruchen, können im selben Ökosystem auf Dauer nicht koexistieren: stärkere Art setzt sich durch → Konkurrenzvermeidung: Arten können im selben Ökosystem existieren, sofern sie unterschiedliche ökologische Angepasstheiten aufweisen: Koexistenz Symbiose Lebensgemeinschaften von Organismen zweier Arten, beide Partner ziehen einen Nutzen aus der Verbindung - → Flechten: symbiotische Vergesellschaftung von Algen & Pilzen → Mykorrhiza: weißliche Pilzhyphen umspinnen die Pflanzenwurzel → Blütenbestäubung Parasitismus Beziehung von Organismen zweier Arten, bei der einer der Partner (Parasit) auf Kosten des anderen (Wirt) lebt ➜ Parasit entzieht seinem Wirt Nahrung, ohne ihn zu töten → Keine lebensbedrohliche Schädigung, wirkt sich jedoch negativ auf Wachstum, Fortpflanzung oder Lebensdauer aus → Verhältnis gilt als Musterfall einer Koevolution Fließende Übergänge zwischen Lebensweise als Räuber & als Parasit ➜Steckmücken & Bandwürmer als Parasiten des Menschen → Borkenkäfer Ökosysteme Nahrungsketten und Naturnetze Nahrungskette Nahrungsbeziehungen zwischen verschiedenen Arten von Lebewesen beispielhafte Einordnung einiger Tiere in die Nahrungsebenen Pflanzen: Produzenten Pflanzenfresser: Primärkonsumenten Fleischfresser: Sekundärkonsumenten Fleischfresser: Tertiärkonsumenten Letztes Glied einer Nahrungskette (Fleischfresser, Parasit): Endkonsument Nahrungsnetz Untereinander verbundene Nahrungsketten: Nahrungskettengefüge → Wenige Tiere ernähren sich ausschließlich von einer Tier- oder Pflanzenart ➜ Kaum ein Lebewesen nur von einer einzigen Fressfeindart bedroht Destruenten Federling Biomasse und Energiefluss Aaskrähe Fuchs Rebhuhn Heupferd Produzenten Nahrungspyramide KS K4 Konsumenten 2. Ordnung Konsumenten 1. Ordnung Zerlegen abgestorbene Biomasse in ihre anorganischen Bestandteile & machen diese damit wieder für die Produzenten verfügbar Biomasse- & Energiegehalt nimmt mit jeder Trophiestufe ab Bruttoprimärreaktion: Speicherung eines geringen Teils von Sonnenenergie durch Fotosynthese der grünen Pflanzen in Form von chemischer Energie in der Biomasse eine mögliche Nahrungskette Federling Aaskrähe 11 Fuchs Rebhuhn Heupferd Gras Teil der Bruttoprimärreaktion von Produzenten zur Zellatmung genutzt, diese wird letztlich als Wärmeenergie frei, Rest=Nettoprimärreaktion Nettoprimärreaktion für nächsthöhere Trophiestufe als Nahrungsgrundlage nutzbar → Letztlich können nur 10% der aufgenommenen Nahrung in eigene Biomasse umgesetzt werden Globaler Kohlenstoffkreislauf Wassertiefe (m) → Ökologische Effizienz der Biomasseverwertung liegt auch bei folgenden Trophiestufen bei nur ca. 10% 15 fossile Brennsteffe Stickstoffkreislauf NO NH Konsumenter 1. Fotosynthese: CO₂ aus Atmosphäre zu O₂ 2. Zellatmung: eingeatmeter O₂ zu CO₂ in Atmosphäre 3. Aerobe Zersetzung: auf Sauerstoff angewiesen 4. Anaerobe Zersetzung: ohne Sauerstoff 0246 NH-/NOT Gehalt (mg/l) 5. Verbrennung: anthropogener CO₂-Ausstoß 6. Diffusion: Co₂ in Wasser gelöst Gestein NH₁ Gewitter NO, Luft-N₂ CO₂ in der Atmosphäre Destruenten Sediment Beispiele für Ökosysteme See Nahrung Produzente Nährsalz Nährsalz Tod Carbonat/ Gesteine saurer Regen NH/NH,-Gleichgewicht und pH-Wert NH-Konz. (%) 100 99 96 75 22 5 0 0 NH3-Konz. (%) 1 4 25 78 95 100 pH-Wert 6 7 8 9 10 11 12 NO Tod, Aus- scheidung NH4 NO₂ NH3 Produzente Co₂ gelost in Wasser Destruenten 0,5% der Erdoberfläche Viele Lebewesen an Süßwasser gebunden: große Bedeutung für Biosphäre konsumenter Der Stickstoffkreislauf beginnt mit der Zerset- zung von organischen Stoffen wie Proteinen. Hierbei können zum Beispiel Harnstoff und Ammonium-Ionen freigesetzt werden. Letzte- re werden unter anaeroben Bedingungen in al- kalischen Gewässern zu giftigem Ammoniak umgesetzt. In aeroben Gewässern werden Am- monium-Ionen dagegen von nitrifizierenden Bakterien zu Nitrit und weiter zu Nitrat oxi- diert. Unter sauerstoffarmen Bedingungen ent- steht umgekehrt bei der Ammonifikation aus Nitrat wieder Ammonium, bei der Denitrifi kation elementarer Stickstoff. Stickstoff fixi rende Mikroorganismen können elementaro Stickstoff zu Ammonium-Ionen reduziere: Als Nährsalze werden Ammonium- und Nitrat lonen von Pflanzen wieder aufgenommen. Hiermit schließt sich der Stickstoffkreislauf. → Lebewesen müssen ständigen osmotischen Wassereinstrom in Körper kompensieren, verursacht durch geringen Salzgehalt des Wassers Lichtintensität & Sauerstoffgehalt nehmen mit der Tiefe ab Der See im Jahresverlauf: Im Verlauf der Jahreszeiten stabile Temperaturschichtungen & Zirkulationsphasen ➜Dichteanomalie, unterschiedliche Windverhältnisse Wald Erlen-Weiden-Zone Schilfzone Gliederung: Schwimmblattzone Lithoral (Uferzone) Lebensformen der Biozönose: Unterwasser- pflanzenzone Pelagial (Freiwasserzone) Epilimnion Metalimnion Kompensationsebene Hypolimnion Frühjahr: Frühjahrszirkulation ➜Dichte des Oberflächenwassers nähert sich der des Tiefenwassers an: leichte Durchmischbarkeit, relativ starke Winde Sommer: Sommerstagnation → Erwärmung des Epilimnions über 4°C, geringe Dichte: kein Absinken, da Temperaturschichtung → Nur Oberflächenwasser zirkuliert, keine Durchmischung Herbst: Herbstzirkulation → Absinken der Temperatur des Oberflächenwassers, Dichteanstieg: Absinken & Durchmischung Winter: Winterstagnation → Absinken der Temperatur des Epilimnions unter 4°C, geringere Dichte Benthal (Bodenzone) ➜Keine Durchmischung Stagnation im Sommer: Sauerstoffmangel im Hypolimnion, Mineralstoffmangel im Epilimnion Zirkulationsphasen: gleichmäßige Verteilung von Sauerstoff & Mineralstoffen Benthal: Bodenzone → Lithoral (Uferzone) & Profundal (Tiefenboden) → Grenze, wo Lichtintensität im Wasser für Fotosynthese zu gering wird Profundal (Tiefenboden) Plankton: im Freiwasser schwebende Kleinlebewesen Nekton: Gruppe der Schwimmer, Fische & einige Insekten Neuston: Mikroorganismen (Algen, Bakterien & Pilze) Pleuston: größere Pflanzen & Tiere wie Wasserläufer Benthon: an den Boden eines Gewässers gebundene Lebewesen Pflanzengürtel: Wasserpflanzen, die ständig untergetaucht im Litoral leben Von Bäumen geprägt Typische Waldgesellschaften Mitteleuropas: Laub- & Nadelwälder Dominierende Baumarten in Laubwäldern charakterisieren unterschiedliche Nährschicht Waldgesellschaften: Rotbuchenwälder, Eichen-Hainbuchen-Wälder In Deutschland unter natürlichen Bedingungen Rotbuchenwälder → Rotbuche verdrängt durch starke Beschattung durch ihr Blätterdach andere Baumarten → Krautschicht: Frühblüher (Frühjahr) & Schattenpflanzen dominieren Hohe Dichte pflanzlicher Biomasse Zehrschicht In einheimischen Rotbuchenwäldern: ca. 4000 Pflanzen- & 7000 Tierarten Baumschicht → Beginnt ab ca. 5 Meter ➜Dichte des Baumbestands bestimmt Strahlung im Inneren des Waldes →Abmilderung von Niederschlägen Strauchschicht ➜Ca. 1,5-5 Meter Braucht Sonne, nur wenig Feuchtigkeit Krautschicht ➜ Nicht verholzende, an Boden gebundene Vegetation bis 1,5 Meter Moosschicht ➜ Vegetation bis 0,15 Meter Wurzelschicht →Bis zu 5 Meter tief → Mäuse & Füchse graben Baue & Tunnel Biodiversität Biodiversität (biologische Vielfalt) umfasst 3 Ebenen →Genetische Variabilität Artenreichtum → Vielfalt an Ökosystemen Anthropogene Einflüsse Vernichtung naturnaher Lebensräume Stockwerke des Waldes als Haus Baumschicht (Dachgeschoss) Strauchschicht (2. Stock) Krautschicht (1. Stock) Moosschicht (Erdgeschoss) Ergebnis von Milliarden Jahren Evolution Biodiversität durch Einfluss des Menschen inzwischen besorgniserregend bedroht Ausmaß der Biodiversität weltweit ungleich verteilt → Hotspots: tropische Regenwälder, Meere, Kontinentalabhänge Ökosystem gilt als umso stabiler, je größer seine Biodiversität ist Eintrag von Schadstoffen in die Umwelt Boden Wurzelschicht (Keller) Häufigste Ursache der Ausrottung U.a. durch Anlegen von Monokulturen, Siedlungs- & Verkehrsflächen Abholzung → Übermäßige Düngung, Pestizideinsatz → Rückstandsbildung, Auswaschung in Gewässer, Anreicherung in Nahrungsketten Gewässer → Ungeklärte Abwasser, ausgewaschener Dünger, giftige Chemikalien, Plastikmüll ➜ Eutrophierung: Vermehrung des Phyto- & Zooplanktons → Anhäufung toter Biomasse, Sauerstoffmangel, anaerober Abbau Luft → Verbrennung fossiler Brennstoffe: Saurer Regen: Hemmung des Pflanzenwachstums ➜Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe: Abbau der Ozonschicht → Kohlenstoffdioxid, Methan, Stickoxide: Treibhauseffekt, Treibhausgase absorbieren Wärmestrahlung: globale Erwärmung, Klimawandel Weltweiter Tier- und Pflanzentransfer Meist passiv verfrachtet, ungewollt eingeschleppt Eingewanderte Arten konkurrieren mit einheimischen um Lebensraum & andere Ressourcen Invasive Arten beanspruchen selbe ökologische Nische wie einheimische Art & können diese folglich verdrängen ➜ Amerikanische Grauhörnchen - heimische Eichhörnchen ➜Nur selten der Fall Nicht invasive Arten besetzen weitestgehend konkurrenzfreie ökologische Nische → Rosskastanie wächst verwildert in Laubwäldern, stärkere Ausbreitung durch schnelles Austrocknen der Samen unmöglich Bedeutung der Biodiversität Ökonomische Aspekte → Schatzkammer für z.B. neue Nahrungs- & Nutzpflanzen, Heilmittel & medizinische Wirkstoffe Genetische Reserve" in der Tier- & Pflanzenzucht ➜ Nutzwert z.B. für Bestäubung von Nutzpflanzen Ökologische Aspekte Voraussetzung für stabile Ökosysteme → Anpassungsfähigkeit an veränderte Umweltbedingungen