Ökologie

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wird vermutet, dass der Wurm das Riff durch Verbinden und Verdicken verstärkt. Beobachtungen zeigten auch, dass E. norvegica gelegentlich Nahrung von seiner aras Nachbarkoralle erbeutet, während er gleichzeitig die Koralle von Schmutz reinigt und sie durch aggressives Territorialverhalten vor möglichen Räubern beschützt. Die Interaktionen zwischen E. norvegica und L. pertusa wurden in Aquarien quantitativ untersucht. Dazu wurden zwei typische Futterquellen, kleinere Algen und größere Salzwasserkrebse, mit 13C-Isotopen markiert, um die Kohlenstoffaufnahme bei E. norvegica und L. pertusa zu messen (Abbildung 1). B Eunice norvegica (E) 17 Zusammen- haltung (E) haltung (E+L) haltung (L) haltung (E+L) 500 400- 300- 200- 100- 0 500- 400- 300- 200 100- 0- Einzel- Symbietische Lophelia pertusa (L) Eunice norvegica (E) Einzel- Algen Salzwasserkrebse Zusammen- Lophelia pertusa (L) 味 Einzel- Einzel- Zusammen- haltung (E) haltung (E+L) haltung (L) haltung (E+L) Zusammen- Abbildung 1: Kohlenstoffaufnahme A bei Einzel- und Zusammenhaltung und B zusätzlich differenziert nach Futterquelle Aufgabe 2: Ökologie der Kaltwasserkorallen (max. 66 Punkte) Ermitteln Sie zu den in Material A genannten Organismen die jeweiligen Trophieebenen und stellen Sie kurz die besondere Bedeutung der Art Lophelia pertusa für das Ökosystem dar (Material A). (8 Punkte) 2.1 2.2 2.3 Analysieren Sie die interspezifischen Beziehungen zwischen ophelia pertusa und Eunice norvegica anhand des Informationstextes (Material B). Fassen Sie die in Abbildung 1 gezeigten Versuchsergebnisse zusammen und werten Sie diese in Bezug auf die interspezifischen Beziehungen aus (Material B). Entwickeln Sie eine Hypothese für die veränderte Nahrungsaufnahme bei Zusammenhaltung (Materialien A und B). (24 Punkte) Skizzieren Sie eine schematische Toleranzkurve für den abiotischen Faktor Temperatur und erläutern Sie die Temperaturtoleranz bei Lophelia pertusa im Vergleich zu Warmwasserkorallen im natürlichen Lebensraum (Material C). Vergleichen Sie die Mittelwerte der Wachstumsraten bei 8 °C und 12 °C in Abbildung 2 und diskutieren Sie diese vor dem Hintergrund des erwarteten Anstieges der Temperatur und der Kohlenstoffdioxid konzentration der Meere bis zum Ende des Jahrhunderts (Material C). (28 Punkte) Material A: Ökosystem Korallenriff Lophelia pertusa ist eine der wichtigsten riffbildenden Kaltwasserkorallenarten im Nordatlantik. Als Filtrierer erbeutet diese Koralle mit ihren Tentakeln aktiv Phytoplankton (fotosynthetisch aktive Algen) und Zooplankton (tierische Kleinstlebewesen) aus dem Wasser. Korallen wie Lophelia pertusa wachsen einzeln zwischen 5 und 34 mm pro Jahr, formen jedoch zusammen mit ihren Kalkablagerungen über die Zeit meterhohe Steinkorallenriffe, welche ein eigenes Ökosystem darstellen: Lebende Korallen als Besiedler des höchsten Punktes des Riffs haben relativ wenige Begleitarten, welche die Lücken besiedeln. Dazu zählen einige filtrierende Muscheln und Krebstiere, die sich ebenfalls von Phyto- und Zooplankton ernähren, sowie der räuberische Rotbarsch, der sich unter anderem von kleinen Fischen und Krebstieren ernährt. Das vielfältigste Leben herrscht in der darunter folgenden zweiten Zone, wo das Kalkgerust der abgestorbenen Korallen mit seinen vielen kleinen Hohlräumen Unterschlupf bietet. Insgesamt wurden bislang mehr als 1 300 Tierarten bestimmt, die an und in Kaltwasserkorallenriffen allein im Nordatlantik vorkommen. Khr Kenulle, Krebs Murcht Material C: Einflussfaktoren auf das Wachstum von Lophelia pertusa Kaltwasserkorallen sind Korallenarten, die in kaltem oder tiefem Wasser vorkommen - im Gegensatz zu ihren tropischen Verwandten (Warmwasserkorallen), die ausschließlich in warmen, oberflächennahen Gewässern zu finden sind und nur wenige Grad Celsius an Temperaturschwankungen tolerieren. Lophelia pertusa wächst im natürlichen Lebensraum bei -1,8 °C und bis +14,9 °C. Bei Vorhandensein niedriger Wassertemperaturen und ausreichender Nahrung findet man die Korallen auch im flachen Wasser zum Beispiel der norwegischen Fjorde. Eine Bedrohung für die Kaltwasserkorallen ist unter anderem die Ansäuerung des Meerwassers, gemessen mittels des pH-Wertes. Die Ansäuerung beruht auf der Bildung von Kohlensäure, die durch die steigende Aufnahme von Kohlenstoffdioxid im Meerwasser entsteht. Reines Wasser ist neutral und hat einen pH-Wert von 7. Der pH-Wert von Meerwasser ist leicht alkalisch und liegt zwischen 7,5 und 8,4. Möglicherweise könnten zukünftig Werte erreicht werden, die die Kalkbildung nicht nur behindern oder verhindern, sondern im sauren Bereich bei pH-Werten unter 7 eventuell zur Lösung der Kalkstrukturen führen. Um mehr über die Zukunft der Korallen zu erfahren, wurden Lophelia pertusa sechs Monate lang in den Laboren des GEOMAR-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel gehalten. Die Wassertemperatur in einigen Aquarien blieb wie im norwegischen Riff bei 8 °C, in anderen wurde sie auf 12 °C erhöht. Die Kohlenstoffdioxid-Konzentration wurde entweder bei aktuellen Werten gehalten (pH- Wert von ca. 7,9) oder auf den für das Ende dieses Jahrhunderts erwarteten Wert erhöht (pH-Wert von ca. 7,7). Als Futterquelle wurde ein Gemisch aus Algen und Salzwasserkrebsen in einem 1:1-Gemisch angeboten. Wachstumsrate [Prozent pro Tagl 0,020 0,015 0.010 0,005- 0- -0,005 Temperatur 8 °C pH 7,9 (aktueller Wert) pH 7,7 (erwarteter Wert für das Ende des Jahrhunderts) Wachstumsrate [Prozent pro Tag] 0,020- 0,015- 0,010- 0,005- 0 -0,005+ Temperatur 12 °C pH 7,9 (aktueller Wert) pH 7,7 (erwarteter Wert für das Ende des Jahrhunderts) Abbildung 2: Mittelwerte der Wachstumsrate von Lophelia pertusa in Abhängigkeit verschiedener Einflussfaktoren Маја Aufgabe 1 1.1 Ein Ökosystem setzt sich aus einem Biotop und einer Biozönose zusammen. Das Biotop ist der Lebensraum, der durch die abiotischen Faktoren bestimmt wird. Abiotische Faktoren sind in diesem Ökosystem z.B. Steine, Licht, pH-Wert,... Die Biozönose ist die Lebensgemeinschaft in diesem bestimmten Lebensraum und setzt sich aus den biotischen Faktoren zusammen. Biotische Faktoren sind in diesem Ökosystem z.B. Moose, Asseln,. d Die in dem System enthaltenen Grünpflanzen betreiben mit Hilfe von Chlorophyll unter Einfluss von Sonnenlicht Fotosynthese. Die Grünpflanzen sind Produzenten. Sie nehmen Kohlenstoffdioxid und Wasser auf und wandeln es in Glucose und Sauerstoff um. Sie liefern damit Nahrung für die Konsumenten. Die Konsumenten sind die angegebenen Tiere. Sie nehmen Glucose und Sauerstoff auf und wandeln sie in Kohlenstoffdioxid und Wasser um. veckan Die sich in der Erde befindenden Bakterien sind die Destruenten. Sie zersetzen totes B 1.2 1.3 organisches Material. DATARL Die Autökologie befasst sich mit den Wechselwirkungen zwischen einer einzigen Art und ihrer und ihrer Umwelt. www. Untersuchungsbeispiele ang (je 2) Z.B. Wachsen die Pflanzen sehr schnell, kann es zur Verarmung des Bodens oder zu wachser Platzmangel kommen. Platzanger kom Die Biosphäre ist die Gesamtheit aller Ökosysteme. Der Flaschengarten ist hingegen Je we 20 ein vereinfachtes Modell für den Lebensraum Land/ Boden und zeigt nur einen m kleinen Ausschnitt aus einem Ökosystem. m Allein ein reales Ökosystem ist schon sehr viel komplexer und vernetzter. Es gibt viele Produzenten, Konsumenten und Destruenten. Modellcharakter für die Biosphäre erlangt der Flaschengarten nur durch seine Geschlossenheit. Die Folie verhindert im Idealfall einen Stoffaustausch mit der Umgebung (geschlossenes System). Darstellungsleistung • Die Gedanken werden schlüssig, stringent und klar ausgedrückt. • Die Darstellung wird sachgerecht strukturiert. Es wird eine differenzierte und präzise Sprache verwendet. Die Arbeit ist formal ansprechend gestaltet. Gesamtpunktzahl Aufgabe 1 Aufgabe 2 Anforderungen 2.1 ermittelt zu den in Material A genannten Organismen die jeweiligen Trophieebenen, sinngemäß: • Die Algen des Phytoplanktons sind Produzenten. • Das Zooplankton bildet die Konsumenten erster Ordnung. • Kaltwasserkorallen, Krebstiere und Muscheln sind Konsumenten erster Ordnung und zweiter Ordnung, da sie sich von Phytoplankton und Zooplankton ernähren. • Rotbarsche sind Konsumenten zweiter und dritter Ordnung (ggf. Endkonsumenten im Ökosystem). stellt kurz die besondere Bedeutung der Art Lophelia pertusa für das Ökosystem dar torial A) 2 B. (Material A), z. B.: • Lophelia pertusa ist als Steinkoralle eine riffbildende Art. • Lophelia pertusa bildet vor allem mit dem abgestorbenen Kalkgerüst den Lebensraum in seiner strukturellen Vielfalt als Voraussetzung für die dortige Artenvielfalt. Mögliche Erreichte Punktzahl Punktzahl 4 2 2 2 2 2 2 4 4 2 2 2 30 3 +2 (and. W.Ba) 34 ~027 1 NO ONON 2 2 0 14 Mögliche Erreichte Punktzahl Punktzahl O 17 Mögliche Erreichte Punktzahl Punktzahl 4 4 2.2 analysiert die interspezifischen Beziehungen zwischen Lophelia pertusa und Eunice norvegica anhand des Informationstextes (Material B), z. B.: 。 Die Individuen der beiden Arten stehen in enger, feststehender räumlicher Beziehung zueinander. . Das Erbeuten von Futter durch E. norvegica-von seiner Nachbarkoralle deutet auf Parasitismus hin. • Das Reinigen und Schützen der Korallen deutet dagegen auf eine Symbiose hin. (Der Aspekt, dass das Verkalken der Wohnröhren durch E. norvegica für L. pertusa metabolische Kosten (Nachteil) bedeutet, jedoch das Riff insgesamt stabilisiert und sont indirekt auch L. pertusa selbst zugutekommt (Vorteil), stellt ggf. ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium dar.) fasst die in Abbildung 1 gezeigten Versuchsergebnisse zusammen, B.: Abbildung 1A: P Im Vergleich zur Einzelhaltung von E. norvegica erfolgt bei Zusammenhaltung mit L. pertusa beinahe eine Vervierfachung der Kohlenstoffaufnahme pro Tag und Gramm Körpergewicht. 3 • Im Vergleich zur Einzelhaltung erfolgt auch bei L. pertusa bei Zusammenhaltung mit norvegica eine deutliche Erhöhung der Kohlenstoffaufnahme pro Tag und Gramm Körpergewicht. Abbildung 1B: Comm • Die Differenzierung nach Nahrungsart zeigt, dass E. norvegica bei Zusammenhaltung ein Vielfaches mehr an Salzwasserkrebsen aufnimmt als in Einzelhaltung (von weniger als 50 µg/Tag auf knapp 300 µg/Tag), während die Aufnahme von Algen kaum beeinflusst wird. • L. pertusa assimiliert bei Zusammenhaltung sowohl mehr Kohlenstoff aus Salzwasserkrebsen als auch aus Algen im Vergleich zur Einzelhaltung. (Die Angabe Salzwasser Dusen aus Algenin yer der genauen Daten wird für die Vergabe der vollen Punktzahl nicht erwartet.) der genau D wertet diese in Bezug auf die interspezifischen Beziehungen aus (Material B), z. B.: • Der Anstieg der Kohlenstoffaufnahme von E. norvegica bei Zusammenhaltung lässt sich mit dem beobachteten Erbeuten von Nahrung von L. pertusa erklären. • Dagegen legt der der Anstieg der Kohlenstoffaufnahme von L. pertusa bei Zusammenhaltung nahe, dass L. pertusa einen Vorteil durch das Zusammenleben mit E. norvegica hat. • Die quantitativen Untersuchungen belegen, dass beide Arten vom Zusammenleben profitieren und in einer symbiotischen Beziehung zueinander stehen. entwickelt eine Hypothese für die veränderte Nahrungsaufnahme bei Zusammenhaltung (Materialien A und B), z. B.: www • Die Korallen können ihre Nahrung wie Phyto- und Zooplankton aktiv mithilfe ihrer Tentakel heranstrudeln und so anreichern. Enorvegica profitiert bei Zusammenhaltung von L pertusa, da E. norvegica möglicherweise Salzwasserkrebse von L. pertusa vermehrt erbeutet. (Andere schlüssige Hypothesen können alternativ aufgeführt werden und sind entsprechend zu bewerten.) 2.3 skizziert eine schematische Toleranzkurve für den abiotischen Faktor Temperatur, inngemäß sinngemäß erläutert die Temperaturtoleranz bei Lophelia pertusa im Vergleich zu Warmwasserkorallen im natürlichen Lebensraum (Material C), z. B.: • Da L. pertusa im natürlichen Lebensraum bei Temperaturen zwischen minus 1,8 und plus 14,9 °C wächst, liegen diese Wassertemperaturen im Toleranzbereich dieser Kaltwasserkoralle. L. pertusa ist daher in Bezug auf die Temperatur euryök (eurytherm). • Warmwasserkorallen tolerieren hingegen nur Schwankungen von wenigen Grad Celsius sind daher stenök in Bezug auf die Temperatur (stenotherm). (Konkrete Aussagen über das Temperaturoptimum, Pessimum und Präferendum für L. pertusa lassen sich dem Material nicht entnehmen.) vergleicht die Mittelwerte der Wachstumsraten bei 8 °C und 12 "C in Abbildung 2, z. B. B.: Sinkt der pH-Wert, so sinkt auch die Wachstumsrate. Bei Versauerungs- Bedingungen und unveränderten Wassertemperaturen wachsen die Korallen langsamer. 6 8 4 6 8 nicht gewertet nicht gewertet 3 4 Steigt die Temperatur um 4 °C auf 12 °C an, so steigt die Wachstumsrate unter gleichen pH-Werten an. Zudem kann festgestellt werden: • Bei einem pH-Wert von 7,9 verdreifacht sich die Wachstumsrate bei Temperaturanstieg um 4 °C auf 12 °C. • Bei verringertem pH-Wert steigt die Wachstumsrate bei einer Temperaturerhöhung über das Niveau wie in kälterem Wasser bei höherem pH- Wert. diskutiert diese vor dem Hintergrund des erwarteten Anstieges der Temperatur und der Kohlenstoffdioxid konzentration der Meere bis zum Ende des Jahrhunderts (Material C), z. B. (2 Nennungen): • Wie die Ergebnisse des Versuches zeigen, würde L. pertusa von einem Anstieg der Wassertemperatur durch den Klimawandel auf 12 °C sogar profitieren. • Bei erhöhten Temperaturen würden sich die Korallen trotz Versauerung etwa genauso schnell entwickeln wie unter heutigen CO2-Konzentrationen und Wassertemperaturen. Auch, wenn die Ansäuerung einen negativen Effekt auf das Wachstum von L. pertusa hat, würde der pH-Wert durch den erwarteten Kohlensäureanstieg im Meerwasser nicht in den sauren Bereich kommen und daher würde ein Lösen der Kalkgerüste der Korallenriffe nicht eintreffen. • Im Experiment haben sich die prognostizierten Veränderungen der beiden abiotischen Faktoren Temperatur und CO2-Konzentration/pH-Wert in ihrer Wirkung gegenseitig kompensiert. Ein gleichzeitiger Anstieg der Wassertemperaturen könnte L. pertusa helfen, den negativen Folgen der Ozeanversauerung entgegenzuwirken. Sofern die Ansäuerung jedoch stärker würde oder aber der Temperaturanstieg in den Pessimumbereich gerät, käme es zum Absterben der Korallen. (Erläuterungen, inwiefern E. norvegica die steigenden Temperaturen und Ansäuerung verträgt und dadurch ggf. die symbiotische Beziehung zu L. pertusa nicht mehr möglich ist, stellen ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium dar.) Darstellungsleistung • Die Gedanken werden schlüssig, stringent und klar ausgedrückt. • Die Darstellung wird sachgerecht strukturiert. . Es wird eine differenzierte und präzise Sprache verwendet. • Die Arbeit ist formal ansprechend gestaltet. Note Sehr gut + Sehr gut Sehr gut Gut+ Gut Gut- Befriedigend + Befriedigend Befriedigend - Ausreichend + Ausreichend Ausreichend Mangelhaft + Mangelhaft Mangelhaft - Ungenügend 90 Punkte: 66 1100 Note: Gut minus (= 10 Punkte) = 73,3% Punkte 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 94-90 89-85 84-80 erreichte Punktzahl 100-95 79-75. 74-70 69-65 64-60 59-55 54-50 49-45 44-39 38-33 Punktzahl gesamt, Aufgabe 1 Aufgabe 1 Aufgabe 2 32-27 26-20 19-0 8 60 6 34 66 Gesamtpunktzahl 100 ·10 = 90 66 8 43 23.3.22 10 6 17 49 St