Grundbegriffe der Ökologie

Ökologie befasst sich mit den Beziehungen zwischen Organismen und ihrer Umgebung. Die Biosphäre ist die Gesamtheit aller Ökosysteme der Erde. Ein Ökosystem selbst ist eine funktionelle Einheit aus Lebensraum und Lebensgemeinschaft, geprägt durch Wechselwirkungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt.

Ökosysteme werden in terrestrische $Land-$ und aquatische $Wasser-$ Ökosysteme unterteilt. Der abgegrenzte Lebensraum wird als Biotop bezeichnet, während die Gesamtheit aller dort lebenden Organismen die Biozönose bildet.

Die Umweltfaktoren werden in zwei Kategorien eingeteilt:

• Abiotische Faktoren: Unbelebte Umwelteinflüsse wie Licht, Temperatur, Feuchtigkeit, Wind und Bodenbeschaffenheit
• Biotische Faktoren: Einflüsse der belebten Umwelt wie Nahrungsbeziehungen, Konkurrenz, Krankheitserreger und Parasiten

💡 Merke: Eine Population ist eine Gruppe von Individuen derselben Art, die im selben Habitat leben und eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden. Das einzelne Lebewesen wird als Individuum bezeichnet.

Abiotische Umweltfaktoren und Toleranzkurve

Wie reagieren Organismen auf unterschiedliche Umweltbedingungen? Die Toleranzkurve zeigt, wie gut ein Organismus bei verschiedenen Ausprägungen eines Umweltfaktors (z.B. Temperatur) leben kann.

Eine typische Toleranzkurve weist folgende Bereiche auf:

• Optimum: Idealer Wert für höchste Vitalität
• Präferenzbereich: Bevorzugte Spanne des Umweltfaktors
• Toleranzbereich: Gesamte Spanne, in der Überleben möglich ist
• Pessimum: Randbereiche, in denen Überleben, aber keine Fortpflanzung möglich ist
• Minimum/Maximum: Grenzwerte, jenseits derer kein Überleben möglich ist

Die physiologische Potenz beschreibt den Bereich eines Umweltfaktors, in dem Individuen ohne Konkurrenz (Laborbedingungen) leben können. Die ökologische Potenz hingegen zeigt, in welchem Bereich die Art unter natürlichen Bedingungen (mit Konkurrenz) existieren kann.

Arten mit geringer ökologischer Potenz werden als stenöke Arten bezeichnet, während euryöke Arten eine breite ökologische Potenz aufweisen und daher anpassungsfähiger sind.

💡 Tipp für die Klausur: Die Toleranzkurve ist ein wichtiges Grundkonzept der Ökologie und taucht in vielen Abituraufgaben auf!

Temperatur als abiotischer Faktor

Die Temperatur beeinflusst Organismen entscheidend. Man unterscheidet zwei grundlegende Strategien zur Temperaturregulation:

Wechselwarme Tiere (Poikilotherme):

• Körpertemperatur passt sich der Umgebungstemperatur an
• Stoffwechsel folgt der RGT-Regel: 10°C Temperaturerhöhung bewirkt 2-3-fache Stoffwechselsteigerung
• Bei zu niedrigen Temperaturen: Kältestarre → Kältetod
• Bei zu hohen Temperaturen: Wärmestarre → Hitzetod

Gleichwarme Tiere (Homoiotherme):

• Konstante Körpertemperatur unabhängig von Außentemperatur
• Wärmeproduktion durch Stoffwechsel (z.B. Muskelzittern)
• Wärmeerhaltung durch Isolierungen (Federn, Fell, Fettschichten)
• Bei unzureichender Regulation: Verklammung oder Hitzekollaps

Der Energieaufwand ist bei beiden Strategien unterschiedlich: Gleichwarme Tiere haben einen höheren Energieverbrauch, können aber auch in kälteren Regionen und nachts aktiv sein. Wechselwarme Tiere sind energieeffizienter, jedoch abhängig von günstigen Umgebungstemperaturen.

💡 Merke: Die Temperatur als abiotischer Faktor beeinflusst direkt die Aktivität und Verbreitung von Arten in Ökosystemen!

Vergleich gleichwarmer und wechselwarmer Tiere

Gleichwarme Tiere (homoiotherm) und wechselwarme Tiere (poikilotherm) unterscheiden sich grundlegend in ihrer Physiologie und Lebensweise:

Bei gleichwarmen Tieren:

• Körpertemperatur bleibt unabhängig von der Umgebungstemperatur konstant
• Hoher Stoffwechsel und Energieverbrauch
• Isolierende Strukturen wie Fell oder Fettschichten
• Aktive Temperaturregulation durch Schwitzen (Abkühlung) oder Muskelzittern (Erwärmung)
• Neue ökologische Nischen durch Aktivität in der Nacht und in kälteren Regionen
• Extreme Kälte führt zum Kältetod, extreme Hitze zum Hitzetod

Bei wechselwarmen Tieren:

• Körpertemperatur passt sich der Umgebungstemperatur an
• Niedriger Stoffwechsel und Energieverbrauch
• Keine isolierenden Körperstrukturen
• Passive Temperaturregulation durch Aufsuchen oder Vermeiden wärmerer Orte
• Bei extremer Kälte: Kältestarre
• Bei extremer Hitze: Wärmestarre

Der evolutionäre Vorteil der Gleichwarmblütigkeit liegt in der Erschließung neuer Lebensräume, während der Vorteil der Wechselwarmblütigkeit in der hohen Energieeffizienz liegt.

💡 Für das Abitur: Verstehe nicht nur die Unterschiede, sondern auch die ökologischen Vor- und Nachteile beider Strategien!

Biotische Umweltfaktoren

Biotische Faktoren beschreiben die Wechselwirkungen zwischen Lebewesen. Man unterscheidet:

Intraspezifische Wechselwirkungen (innerhalb einer Art):

• Konkurrenz um Nahrung, Lebensraum, Sexualpartner oder Rangordnung

Interspezifische Wechselwirkungen (zwischen verschiedenen Arten):

• Konkurrenz $+/- oder -/-$: Wettbewerb um begrenzte Ressourcen
• Räuber-Beute-Beziehung $+/-$: Ein Tier tötet seine Beute zur Nahrungsaufnahme
• Symbiose $+/+$: Dauerhafte Wechselbeziehung mit Vorteilen für beide Partner
• Parasitismus $+/-$: Der Parasit lebt auf Kosten des Wirts, ohne ihn direkt zu töten

Diese Wechselwirkungen werden oft mit Symbolen gekennzeichnet:

• +/+: beide Arten profitieren
• +/-: eine Art profitiert, die andere wird geschädigt
• -/-: beide Arten werden negativ beeinflusst

Solche biotischen Faktoren wie Konkurrenz, Symbiose und Parasitismus prägen maßgeblich die Strukturen von Ökosystemen und beeinflussen die Populationsentwicklung.

💡 Wichtig: Verstehe die verschiedenen biotischen Faktoren und ihre Auswirkungen auf die beteiligten Arten, um ökologische Zusammenhänge besser zu durchschauen!

Konkurrenz in Ökosystemen

Konkurrenz entsteht, wenn Lebewesen um begrenzte Ressourcen konkurrieren. Wir unterscheiden zwei Haupttypen:

Intraspezifische Konkurrenz findet innerhalb derselben Art statt:

• Tiere konkurrieren um Nahrung, Raum, Nistplätze oder Reviere
• Diese Form der Konkurrenz ist besonders intensiv, da identische Ansprüche bestehen

Interspezifische Konkurrenz tritt zwischen verschiedenen Arten auf:

• Beispielsweise wenn zwei Arten dieselbe Nahrung bevorzugen
• Kann zur Verdrängung einer Art führen

Um Konkurrenz zu vermindern, haben Organismen verschiedene Strategien entwickelt:

• Bildung von Revieren
• Etablierung einer Rangordnung
• Anpassung des Erscheinungsbilds, um andere Nahrungsquellen zu nutzen
• Änderung des Lebensraums oder der Aktivitätszeiten

Das Konkurrenzausschlussprinzip besagt: Verschiedene Arten können nicht langfristig koexistieren, wenn sie die gleiche ökologische Nische besetzen. Je komplexer ein Ökosystem, desto mehr Möglichkeiten gibt es, Konkurrenz durch Nischendifferenzierung zu vermeiden.

💡 Abitur-Tipp: Das Konkurrenzausschlussprinzip ist ein zentrales Konzept der Ökologie und erklärt die Artenvielfalt durch Nischendifferenzierung!

Symbiose

Symbiose bezeichnet das Zusammenleben artverschiedener Lebewesen zum gegenseitigen Nutzen $+/+$. Je nach Intensität der Beziehung unterscheidet man drei Formen:

1. Allianz (lockere Symbiose):

• Vorübergehende, lockere Beziehung
• Partner sind nicht aufeinander angewiesen
• Beispiel: Putzerfische befreien größere Fische von Parasiten und erhalten dafür Nahrung

2. Mutualismus:

• Regelmäßige, länger andauernde Beziehung
• Partner können theoretisch auch allein überleben
• Beispiel: Ameisen schützen Blattläuse und erhalten als "Belohnung" Honigtau

3. Eusymbiose:

• Intensive, dauerhafte Beziehung
• Mindestens ein Partner ist ohne den anderen nicht überlebensfähig
• Beispiel: Flechten – eine Symbiose zwischen Pilz und Alge, bei der der Pilz auf die Fotosynthese der Alge angewiesen ist, während die Alge Halt, Wasser und Mineralstoffe vom Pilz erhält

Symbiosen sind in Ökosystemen weit verbreitet und ermöglichen es Arten, ökologische Nischen zu erschließen, die sie allein nicht nutzen könnten. Diese positiven Wechselwirkungen fördern die Stabilität von Ökosystemen.

💡 Merke: Bei einer Symbiose profitieren beide Partner – im Gegensatz zum Parasitismus, bei dem nur einer profitiert und der andere geschädigt wird.

Parasitismus

Parasitismus ist eine interspezifische Beziehung, bei der ein Lebewesen (der Parasit) einseitig von einem anderen (dem Wirt) profitiert und diesen dabei schädigt, ohne ihn unmittelbar zu töten.

Parasiten zeigen typische Anpassungen an ihre Lebensweise:

• Reduktion von Sinnes- und Bewegungsorganen (z.B. Flügellosigkeit bei Läusen)
• Spezialisierte Haft- und Saugorgane
• Veränderungen der Körpergestalt

Es gibt verschiedene Formen des Parasitismus:

• Ektoparasiten leben auf der Oberfläche des Wirtes (z.B. Flöhe, Läuse)
• Endoparasiten leben im Körperinneren (z.B. Bandwürmer)
• Fakultative (temporäre) Parasiten schmarotzen nur zeitweise (z.B. Stechmücken)

Bei Pflanzen unterscheidet man:

• Vollparasiten haben ihre Fähigkeit zur Fotosynthese verloren (z.B. Nesselseide)
• Halbparasiten betreiben noch Fotosynthese, entnehmen aber Wasser und Mineralien von ihrer Wirtspflanze (z.B. Mistel)

Parasitäre Beziehungen sind in Ökosystemen häufig und spielen eine wichtige Rolle bei der Populationskontrolle.

💡 Tipp für die Klausur: Vergleiche Parasitismus mit anderen Beziehungsformen wie Symbiose und Räuber-Beute-Beziehungen!

Schädlingsbekämpfung: Chemisch vs. Biologisch

Bei der Schädlingsbekämpfung stehen zwei grundlegende Methoden zur Verfügung:

Chemische Schädlingsbekämpfung:

• Einsatz von Pestiziden zur Reduzierung von Schädlingspopulationen
• Vorteile: schnelle Wirksamkeit, kostengünstig, hohe Dezimierung
• Nachteile: Aufnahme in die Nahrungskette, notwendige Wiederholungen, negative Umwelteinflüsse auf Nützlinge, mögliche Resistenzentwicklung

Biologische Schädlingsbekämpfung:

• Einsatz natürlicher Feinde zur Kontrolle von Schädlingen
• Vorteile: keine chemischen Rückstände in der Nahrungskette, langfristige Wirkung, umweltfreundlicher
• Nachteile: zeitversetzte Wirksamkeit, Gefahr der übermäßigen Ausbreitung der eingesetzten Räuber, mögliche Störung anderer ökologischer Beziehungen

Der Vergleich zeigt: Chemische Methoden wirken schneller, während biologische Methoden langfristig zu einer stabilen, wenn auch nicht so niedrigen Schädlingspopulation führen. Bei großflächigen Anwendungen sind biologische Ansätze oft nachhaltiger.

💡 Für die Praxis: Die ideale Schädlingsbekämpfung kombiniert verschiedene Methoden im Rahmen des integrierten Pflanzenschutzes, um Resistenzbildung zu vermeiden und Umweltbelastungen zu minimieren.

Räuber-Beute-Beziehungen

Eine Räuber-Beute-Beziehung beschreibt die Wechselwirkung zwischen der Populationsdichte von Räubern und ihrer Beute über einen längeren Zeitraum. Diese Beziehung folgt bestimmten Gesetzmäßigkeiten:

• Je mehr Beute, desto mehr Räuber können überleben
• Je weniger Beute, desto weniger Räuber
• Je mehr Räuber, desto stärker sinkt die Beutepopulation
• Je weniger Räuber, desto mehr wächst die Beutepopulation

Räuber haben besondere Anpassungen entwickelt:

• Größere und schnellere Körper als ihre Beute
• Bei kleineren Räubern alternative Strategien wie Gifte (z.B. Spinnen)

Beutetiere wiederum haben verschiedene Abwehrmechanismen:

• Passive Schutzvorrichtungen: Pflanzliche Bitterstoffe, Gifte, Dornen oder Stacheln
• Aktive Schutzvorrichtungen: Beißen, Stechen oder schnelle Flucht
• Schutztrachten:
  • Tarntracht: Anpassung an die Umgebung (Chamäleon)
  • Mimese: Nachahmung von Umgebungsgegenständen (Spannerraupe)
  • Warntracht: Auffällige Farben als Warnung (Wespe)
  • Mimikry: Nachahmung gefährlicher Tiere (Schwebefliege)

Diese komplexen Wechselbeziehungen zeigen die evolutionäre Anpassung zwischen Räubern und Beutetieren.

💡 Wichtig: Räuber-Beute-Beziehungen sind ein zentraler biotischer Faktor und ein wichtiges Beispiel für evolutionäre Anpassungen in Ökosystemen!