Alternativer Bildtext:

zone Zentralzylinder: Wurzelhaube: Junge Wurzelhaare Streckungszone 12.2 Wurzelquerschnitt/Wurzellängsschnitt Bildungszone Wachstumshaube Wurzelhaare Rhizodermis Rinde Endodermis Zentralzylinder Leitbündel Bildungsgewebe Transport von organischen Stoffen Gefäßzellen: Wurzelhaube Aufnahme von Wasser und Mineralstoffen, Prinzip der Oberflächenvergrößerung Schutz- und Festigungsfunktion, Speicherung von Nährstoffen umschließt Leitbündel und Zentralzylinder, Schutz- und Festigungsfunktion Siebzellen: Transport von Wasser und Mineralstoffen Enthält Leitbündel Schützt Bildungsgewebe Bildungsgewebe: durch Zellteilung für Wachstum verantwortlich Ökologie 1.2.3 Bau der Sprossachse Epidermis: Rinde: Leitbündel: Bildungsgewebe: Mark: Gefäßzellen: Siebzellen: Festigungsgewebe: 1.2.4 Aufbau der Leitbündel Epidermis mit Kutikula Rinde Leitbündel Mark in Markhöhle Bildungsgewebe Deck oder Abschlussgewebe, Verdunstungsschutz Schutz des inneren, beinhaltet Zellen mit Chlorophyll Leitgewebe für Stofftransport, Festigungsgewebe für Halt dient dem Wachstum der Sprossachse Nährstoffspeicherung, Luftdurchlässig durch Hohlräume Transport von Wasser und Mineralstoffen Leitung von organischen Stoffen Stabilität Gefäßzellen (Xylem) Bildungsgewebe (Kambium) Siebzellen (Phloem) Festigungsgewebe (Sklerenchym) Ökologie 1.2.5 Metamorphosen der Sprossachse (Sprossmetamorphosen) Metamorphose beschreibt die Umwandlung der Grundorgane zur Anpassung an einem besonderen Lebensraum oder spezielle Umweltbedingungen. a) Oberirdische Sprossknolle Dient der Speicherung von Nährstoffen und Wasser ZB. Kohlrabi oder Radieschen b) Unterirdische Sprossknolle Dient der Speicherung von Nährstoffen und Wasser Z.B. Kartoffeln c) Erdsprosse Dienen der Überwinterung der Pflanze, schnelles Austreiben im Frühling Ungeschlechtliche Fortpflanzung Speicherung von Nährstoffen z. B. Schwertlilie oder Spargel d) Kriechsprosse Dienen der ungeschlechtlichen Fortpflanzung ZB. Erdbeere e) Sprossdornen Schutz vor Tier Fraß, Abwehr funktion Z.B. Schlehe oder Weißdorn f) Sprossranken Ketterorgane, Befestigung der Pflanze, mehr Licht Z.B. Weinpflanze und Passionsfrucht g) Stammsokkulenz Wasserspeicherung z.B. Kakteen a) g) pa NOM b) c) jut f) Ökologie 1.3 Physikalische Vorgänge zur Wasseraufnahme 13.1 Transpiration 0 Blattxylem Wasser verdunstet Sprossxylem Bodenwasser dringt in die Wurzel ein Spaltöffnung 1.3.2 Adhäsion/Kohäsion Adhäsion: Anziehung der Wassermoleküle gegenüber den Zellwänden (moleküle ziehen sich an Gefäßwänden hoch) Kohäsion: Anziehung der Wassermoleküle untereinander Blattoberseite (Wasserstoffbrückenbindungen) (reihen sich als „Faden" hintereinander bis zu den Wurzeln) Xylem-Zellen Z Die Abgabe von Wo in Form von Wasserdampf aus den Laubblättern wird als Transpiration bezeichnet. Durch eine unterschiedliche Weite des Spalts der Spaltöffnungen erfolgt die Regulierung der Wasserabgabe aus den Laubblättern. Wasser wird in den Gefäßen der Sprossachse bis in die Blätter geleitet. Von dort gelangt es in die Interzellulare und als Wasserdampf durch die Spaltöffnungen nach außen. Durch die Verdunstung des Wassers entsteht ein Unterdruck und ein Sog, der dafür sorgt, dass weiterhin Wasser aus den Wurzeln in die Laubblätter gelangt. Die Transpiration wird durch hohe Temperaturen, niedrige Luftfeuchtigkeit und starke Luftbewegung gefördert, durch niedrige Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit und schwache Luftbewegungen gehemmt. Reguliert wird die Transpiration durch die Spaltöffnungen. Ökologie 13.3 Wurzeldruck Als Wurzeldruck bezeichnet man den Druck, der sich durch Osmose im Wurzelgewebe von Pflanzen aufbaut. Zusammen mit dem Transpirationssog, der durch die Verdunstung an den Blättern entsteht, wird dadurch der Wassertransport in der Pflanze hergestellt. Umso stärker die Osmose wirkt, desto größer wird der Wurzeldruck. 13.4 Kapillaritat Die engen Kapillaren sorgen dafür, dass der Flüssigkeitsspiegel möglichst weit ansteigt und der Wassertransport vereinfacht werden kann. Die Ursache für die Realisierung des Transports liegt in der Kohäsion bzw. der Adhäsion. Es gilt (für Wasser): Die Flüssigkeit kann umso höher steigen, desto enger die Gefäße sind. 14 Wasseraufnahme durch die Wurzelhaare Die Wurzelhaare sind von einer semipermeablen Membran umgeben, welche nur von bestimmten Teilchen durchdrungen werden können. Die Wasseraufnahme durch die Wurzelhaare wird durch die Osmos realisiert. 1.4.1 Osmose Als Osmose wird die gerichtete Bewegung von Teilchen durch eine semipermeable Membran bezeichnet. Diese erfolgt immer von einer hohen Wasserkonzentration zu einer niedrigen Wasserkonzentration. Das Ziel ist ein Konzentrationsausgleich Gelöste Stoffe können häufig nur eingeschränkt diffundieren, während Wasser dies meistens problemlos kann. 1.4.2 Diffusion Unter Diffusion versteht man den Konzentrationsausgleich zweier unterschiedlich konzentrierter Stoffe durch die Eigenbewegung der Teilchen (Teilchen müssen keine Membran durchdringen). Ökologie 1.4.3 Osmose und Diffusion in der Wurzel Im Zellplasma und den Vakuolen der Wurzeln herrscht eine hohe Stoffkonzentration (meist mit gelösten lonen) im Gegensatz zum äußeren Bodenwasser. Zum Konzentrationsausgleich diffundieren Wassermoleküle aus dem Bodenwasser durch die semipermeable membran der Wurzelhaare. Dieser Schritt kann also als Osmose bezeichnet werden. Nachdem die Wassermoleküle durch die Membran gelangt sind, verteilen sie sich weiterhin innerhalb der Wurzellzelle. Da sie sich hierbei nicht durch eine Membran bewegen, handelt es sich um eine Diffusionsbewegung. Diese beiden Vorgänge wechseln sich im Laufe des Wassertransports durch die Zellen der Pflanze ab. 1.5 Aufbau und Funktion des Laubblattes 15.1 Blattquerschnitt/ Funktion Wasser Bodenteilchen Vakuole mit Zellsaft Osmose Kutikula Obere Epidermis Palisadengewebe 00 Leitbündel Schwammgewebe Interzellulare Untere Epidermis Kutikula Spaltöffnung Osmose Diffusion Ökologie Kutikula: Epidermis: Palisadengewebe: Leitbündel: Schutz und Stabilisierung Schutz (Querschnitt) enthält Chloroplasten, betreibt Fotosynthese, mehrschichtig Leiten Nährstoffe, mineralstoffe und Wasser (siehe auch Leitbündel Sprossachse) enthält (wenig) Chloroplasten Schwammgewebe: Interzellulare: Spaltöffnungen: 15.2 Bau und Funktion der Spaltöffnungen Transport von Gasen (Luftgefullt), Stabilität, Flexibilität Abgabe Sauerstoff und Wasser, Aufnahme Kohlenstoff dioxid (Gasaustausch, Transpiration) Q offen ( Prall mit Wasser gefüllt > Spaltöffnung geöffnet Gasaustausch/ Transpiration möglich 1.6 Angepasstheit Laubblatt 1.6.1 Umweltfaktor Licht Pflanzen sonniger Standorte Breitere Palisadengewebsschicht Allgemein breiterer Blattquerschnitt Mehr Chloroplasten > mehr Fotosynthese Schließzelle Spaltöffnung Zelle der Epidermis geschlossen 00 Geringer Wassergehalt in den Schließzellen > Spaltöffnung geschlossen Kein Gasaustausch/Transpiration möglich Pflanzen schattiger Standorte Schmales Palisadengewebe Allgemein schmalerer Blattquerschnitt Größere Interzellulare Ökologie Begründung: Das Sonnenblatt verfügt über ein ausgeprägtes Palisadengewebe. Dieses enthält viele Chloroplasten, welche für die Fotosynthese verantwortlich sind. Da diese Blätter in der Sonne wachsen, können sie die Chloroplasten optimal zu diesem Zweck nutzen. Schattenblätter besitzen diese ausgeprägte Schicht nicht, da sie diese auch nicht nutzen könnten. 1.6.2 Umweltfaktor Wasser Pflanzen feuchter Standorte a) Dünnwandige Epidermis b) Zahlreiche Spaltöffnungen c) Große Blattfläche Pflanzen trockener Standorte d) nadelförmige Blätter e) Eingerollte Blätter f) Eingesenkte Spaltöffnungen Begründung: a) Der Verdunstungsschutz wird nicht stark benötigt, da bereits genug Wasser vorhanden ist. b) Da bereits viel Wasser vorliegt, kann viel Wasser durch Fotosynthese abgegeben werden, somit auch mehr Transpiration. c) Durch die große Blattoberfläche wird mehr Sonnenlicht aufgenommen und mehr Fotosynthese und somit auch Transpiration kann ausgeführt werden. d) Durch die kleinere Blattoberfläche wird das übermäßige Verdunsten von Wasser verhindert und somit eingespart. e) Umwelteinflüsse wie Wind etc. haben keinen großen Einfluss auf die Spaltöffnungen. Es dient außerdem dem Verdunstungsschutz. f) Dies passiert bei Wassermangel. Die Luftfeuchtigkeit wird somit lokal erhöht und die Transpiration kurzfristig verhindert. 1.6.3 Stoffaustausch und -transport im Laubblatt CO2 gelangt durch die Spaltöffnungen in die Interzellulare. Von dort aus diffundiert das Gas in die Zellen (aufgrund des Konzentrationsunterschieds durch den Verbrauch während der Fotosynthese). Der Umgekehrte Prozess gilt für den in den Zellen produzierten Sauerstoff (während der Fotosynthese). Dieser wird ebenfalls, wie das Wasser während der Transpiration, durch die Spaltöffnungen an die Umgebung abgegeben. 1.7 Fotosynthese Pflanzen ernähren sich autotroph. Durch Fotosynthese wandeln sie Lichtenergie in chemische Energie um. Heterotrophe Organismen benötigen diese energiereichen Kohlenhydrate und den Sauerstoff zur Energiegewinnung (Zellatmung). Allgemeine Reaktionsgleichung Fotosynthese Kohlenstoffdioxid + Wasser -> Sauerstoff Glucose 6 CO2 + 6H₂O -> 602 + C6H12O6 + Ökologie Die Fotosynthese läuft in zwei Phasen ab: > lichtabhängige Phase (Primärphase, Lichtreaktion) > lichtunabhängige Phase (Sekundarphase, Calvin-Zyklus) Fotosyntheseleistung Beide Phasen laufen in den Chloroplasten ab, aber in unterschiedlichen Bereichen CO2) Licht Hohe Lichtintensität 10 H₂O 02 Fotosyntheseleistung in Abhängigkeit des Lichts/ CO2 Gehalts 20 30 Lichtreaktion NADP. ADP (Sättigungskurve) Fotosyntheseleistung ΣΑΤΡ NADPHI Normale Luft: 0,035% Calvin- Zuklus CH20 (Zucker) 0,05 0,10 0,15 0,20 ATP= CO2 (Vol. ) Stroma Chloroplast Thylakoid (mit Chlorophull) 40 50 Temperatur in °C 1.7.1 Die Primärphase in den Thylakoiden Während der Primärphase wird die Lichtenergie der Sonne in chemische Energie umgewandelt. Das Wasser wird in den Thylakoiden zerlegt und Sauerstoff freigesetzt. Des Weiteren werden in dieser Phase die Moleküle ATP und NADPH + H+ hergestellt, welche später in der Sekundärphase verwendet werden. Diese Stoffe sind in der Sekundärphase Ausgangsstoffe zur Herstellung von Glucose. ATP ist hierbei der Energieträger, während NADPH Wasserstoffionen transportiert. 1.7.2 Die Sekundärphase im Stroma Licht wird für diese Phase nicht benötigt, da die Energie daraus bereits in der ersten Phase gewonnen wird. ATP und NADPH + H+ werden eingesetzt, um über verschiedene Zwischenschritte CO2 in Glucose bzw. Stärke umzuwandeln. ATP wird hierbei zu ADP und NADPH + H+ wird zu NADP+ Beides wird der Primärreaktion wiederzugeführt und dort regeneriert. Adenosintriphosphat > bindet Lichtenergie speichert sie als chemische Energie Ökologie Ablauf der Sekundärreaktion Cn: organisches Molekül mit n - Kohlenstoffatomen C6H12O6 C3 Wird umgewandelt C5 III C3 17.3 Bedeutung der Fotosynthese Bedeutung für die Pflanze >eigene Energieversorgung >Fortpflanzung >nur sie können Lichtenergie umwandeln CO2 I II C3 C6 Gibt Energie ab Gibt H+ ab C3 F taks ATP NADP+ ADP + P NADPH + H+ 1) II) III) Ökologische Bedeutung >heterotrophe Aufnahme der aufgebauten org. Stoffen durch heterotroph ernährende Organismen = Nahrungsgrundlage >Sauerstofflieferant >Umwandlung in Biomasse Innere Membran äußere Membran Matrix Bindung von Kohlenstoffdioxid Umwandlung zum Vorläufermolekül der Glucose Regenerierung Cristae 1.8 Zellatmung Jede Pflanze atmet. Nicht nur Wurzelzellen ohne Chloroplasten atmen, sondern auch Zellen, die Fotosynthese betreiben können, atmen. Dieser Prozess findet im Cytoplasma und in den Mitochondrien statt. 1.8.1 Das Mitochondrium Intermembranraum Zurück zur ersten Phase Ökonomische Bedeutung >fossile Energieträger aus abgestorbenen Pflanzen >Freigesetztes CO2 durch Verbrennung zum Treibhauseffekt >Nachwachsende Rohstoffe zB. als Biodiesel >liefert z.B. Holz, Papier = Rohstoffe >Rodung von Wäldern durch Rohstoffmangel Ökologie mitochondrien sind Zellorganellen, deren Hauptaufgabe die Produktion von Energie in Form von ATP ist. Dieser Prozess wird als Zellatmung bezeichnet. Im Wesentlichen werden mit Hilfe von Enzymen körpereigene, organische Stoffe (z.B. Glucose) unter Verwendung von Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut. Bei diesem Prozess wird Energie in Form von Wärme und ATP freigesetzt, welche der Aufrechterhaltung von Lebensprozessen dient. Allgemeine Reaktionsgleichung: Sauerstoff Glucose -> 02 + 6 C6H12O6 - 1.8.2 Ablauf der Zellatmung Die Zellatmung läuft in drei Schritten ab: Glycolyse In dieser Phase kommt es zur Umwandlung der Glucose (C6-Körper) zu einem Molekül mit nur noch 3 Kohlenstoffatomen (C3-Körper) unter Energiefreisetzung (2 Moleküle ATP). Glucose + Citrat-Cyklus Bei dieser Phase handelt es sich um einen Kreisprozess, bei dem über viele Zwischenschritte der C3-Körper aus der Glycolyse angelagert und umgebaut wird. Es kommt weiterhin zur Bildung zweier ATP Moleküle. Atmungskette In dieser Phase kommt es zur Bildung von Wasser als Nebenprodukt. Außerdem ist dies die energiereichste Phase, da hier 34 ATP Moleküle freigesetzt werden. 18.3 Zusammenhang Fotosynthese und Zellatmung Energie W Sauerstoff Sauerstoff Kohlenstoff dioxid Kohlenstoffdioxid + Wasser + ATP + Wärme 6 CO2 + 6H₂O + ATP + Wärme Wasser mitochondrium Kohlenstoff dioxid Chloroplast Sonnenlicht/ Lichtenergie Wasser Pflanzen besitzen in vielen Zellen Chloroplasten und mitochondrien. Beide Arten von ellorganellen stehen in einer Wechselbeziehung zueinander: In den Chloroplasten findet bei der Lichteinwirkung Fotosynthese statt, und es werden dabei Glucose und Sauerstoff gebildet. In den mitochondrien findet zu jeder Tageszeit die Zellatmung statt, bei der Glucose verbraucht wird. Bei Tageslicht überwiegt aber meistens die Fotosyntheseaktivität. Ökologie 1.9 Lebensprozesse von Pilzen und Bakterien 19.1 Bildung körpereigener Stoffe Bakterien haben unter besonderen Umständen Möglichkeiten gefunden, dass fehlende Sonnenlicht als Energiequelle zu ersetzen und so fotosyntheseähnliche Prozesse zum Aufbau körpereigener Stoffe zu betreiben. Dieser Prozess wird als Chemosynthese bezeichnet. Ablauf: Phase 1: > Oxidation eines anorganischen Substrats z.B. H2S zur Energiegewinnung Phase 2 > Calvin-Zyklus (vergleichbar mit der Fotosynthese) > Bindung von CO2 und Bildung con Glucose allgemeine Reaktionsgleichung der Chemosynthese Schwefelwasserstoff + Kohlenstoffdioxid -> Glucose+Wasser + Schwefel 12 H₂S + 6 CO2 -> C6H12O6 + 6H₂O + 12 S Damit bilden die Bakterien die Grundlage (Nahrung etc.) für alle weiteren Lebewesen (Rohrwürmer, Krebse, Fische etc.) in diesem Lebensraum. 1.9.2 Vergleich Chemosynthese/ Fotosynthese Fotosynthese Primärreaktion = Lichtreaktion Calvin-Zyklus gleich Findet im Thylakoid und Stroma des Chloroplasten statt Findet in Bakterien statt > Chlorophyll wird benötigt = Endprodukt Sauerstoff Energiegewinnung > Sonnenenergie zu chemischer Energie Chemosynthese Primärreaktion = ohne Licht Wird von Pflanzen betrieben Endprodukt Schwefel Energiegewinnung > durch Oxidation anorganischer Stoffe Bilden mit Vorgängen Lebensgrundlage für andere Organismen (Bildung Energiereicher Stoffe) Wird von Bakterien betrieben Wichtiges Endprodukt - Glucose = Gemeinsamkeiten: > Während beiden Prozessen wird Kohlenstoffdioxid gebunden und in organische Stoffe wie Gucose umgewandelt. > ATP und NADPH+ sind als Wasserstoff- und Energieträger beteiligt. > Beide laufen in zwei Phasen ab. RGT-Regel: mit der Erhöhung der Temperatur um 10°C erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das drei bis vierfache. Ökologie 2. Ökologie Die Ökologie ist die Wissenschaft von den Wechselbeziehungen zwischen den Organismen untereinander und ihrer Umwelt. Biotop Ökosystem Unter Ökosystemen versteht man ein Wechselgefüge zwischen den Lebewesen untereinander und ihrer abiotischen Umwelt (Temperatur, Niederschläge etc. das heißt eine Mischung aus Biotop und Biozönose). Man unterscheidet zwischen: · Ökosystem > natürlichen Ökosystemen (z.B. Tropischer Regenwald) > naturnahen Ökosystemen (zB. Mischwälder) > stark anthropogene Ökosysteme (z. B. Stadtparks) Biotop Das Biotop ist die Lebensstätte der Organismen mit einheitlichen Lebensbedingungen. Die Eigenschaften des Biotops werden durch abiotische Faktoren beeinflusst. Biozönose: > Sonnenlicht > Schadstoffe Biozönose Die Biozönose ist eine Gemeinschaft von Organismenarten, die sich aufgrund ähnlicher Lebensbedingungen in einem Biotop befinden. Zwischen ihnen gibt es enge Wechselbeziehungen. Die Organismen sind die biotischen Faktoren. Umwelt: abiotisch Die Umwelt beschreibt die auf ein Lebewesen einwirkende und seine Lebensbedingungen beeinflussende Umgebung. Umweltfaktoren > Wasser > Sauerstoff > Temperatur > Niederschlag > Wasser- und Mineralgehalt im Boden > Fressfeinde > Fortpflanzungspartner > Nahrungskonkurrenz > Nahrungsangebot > Parasiten > Mikroorganismen biotisch Ökologie Stoffkreisläufe und Energiefluss Austausch mit. der Umwelt Wechselwirkungen zwischen den Bestandteilen Räumliche und zeitliche Strukturen 2.1 räumliche Strukturen in einem Ökosystem Ökocysteme Weitere Okosysteme -40 Baumschicht -35 -30 -25 20 Sukzession · 10 5 0 Stabilität durch Selbstregulation Abiotische und biotische Umweltfaktoren Biosphäre -Gesamtheit der mit Lebewesen besiedelten Schichten der Erde. Beispiele Pflanzen Beispiele Tiere: (5-15m Stammschicht, > 15m Kronenschicht) Stieleiche, Trauben-Eiche Eichhörnchen, Nonne, Habicht Strauchschicht (0,5 - 5m) Beispiele Pflanzen: Heckenrose, Vogelkirsche, Hasel Beispiele Tiere: Zaunkönig, Singdrossel, Buchfink Krautschicht (0,1-0,5m) Beispiele Pflanzen Frauenfarn Beispiele Tiere: Kreuzspinne, Admiral Moosschicht (< 0,1 m) Beispiele Pflanzen Flechten, Moose, (Pilze) Beispiele Tiere: Kreuzotter, Blindschleiche Bodenschicht mit Wurzelstockwerken Beispiele Pflanzen: Wurzeln grüner Pflanzen, Pilzmyzel Beispiele Tiere: Regenwurm, Assel > Es gibt verschiedene Größenordnungen eines Ökosystems (global: Ozean, kontinental: Meer, regional: Fluss, lokal: Teich). > Innerhalb eines Ökosystems gibt es verschiedene Raumstrukturen (zB. Schichtung des Waldes, Zonen eines Sees etc.). 2.2 zeitliche Strukturen in einem Ökosystem > In einem Ökosystem kann es durch einschneidende Eingriffe zu Veränderungen in der zeitlichen Struktur kommen (Sukzession). Zu diesen Veränderungen zählen ebenfalls Jahreszeitliche Veränderungen (+ Regen- und Trockenzeit). Ökologie > Im Winter kommt es häufig zu Wassermangel im Wurzelbereich, weshalb es dann zum Rückgang der Vegetation kommt. > Weiterhin werden dünne Gefäße durch plötzlichen Frost zerstört, da sich das Wasser schnell ausdehnt. Auch dadurch kommt es zum Vegetationsrückgang 2.2.1 Sukzession Die Sukzession beschreibt die zeitliche Abfolge von Arten an einem Ort nach einem bestimmten Muster, ausgelöst durch Änderung der Standortbedingungen. Es wird unterschieden zwischen: 2.2.1.1 Primärsukzession > Die Primärsukzession ist eine Form der Sukzession, die in Gebieten auftritt, in denen es vorher keine Organismen gab (z.B. nach Gletscherrückzug, neu entstandene Vulkaninseln usw.) Erstbesiedler (,,Pionierarten") = autotrophe Bakterien, Flechten, Moose > Sporen durch Wind weit verbreitet 2.2.1.2 Sekundärsukzession Erstbesiedler i.d.R. lichtbedürftige Gräser, Kräuter und Stauden Beispiele: Weidenröschen, Johanniskraut, Fingerhut, Sauergräser, Distelarten Bodenbildung durch Gesteinsverwitterung, Anreicherung der organischen Zersetzungsprodukte der Erstsiedler D Pionierpflanzen i.d.R. schnellwüchsig Einwanderung weiterer Pflanzen Dauert Jahrzehnte bis Jahrtausende Erstbesiedler durch zunehmenden Schattenwurf und hohe Bodenfeuchtigkeit verdrängt Beispiele: Hasel, Sandbirke > Gräser > Sträucher > Bäume > Die Sekundärsukzession ist eine Form der Sukzession aus Flächen, auf denen die Pflanzendecke durch menschliche Eingriffe, aber auch natürliche Prozesse, wie Waldbrände größtenteils beseitigt wurde, die Bodenverhältnisse und die Samenbank aber weitgehend erhalten bleiben. Dauert Jahrzehnte bis Jahrhunderte (Samen verbreitet durch Wind und Tiere) D Langsam wachsende typische Waldbäume Abschließend weitgehend stabile Klimax Gesellschaft Durchsetzung bestimmter Pflanzenarten Beispiele: Rotbuche, Stieleiche Ökologie 2.3 Energie 2.3.1 Garung zur Energieversorgung Alkoholische Gärung Glucose wird durch Hefepilze zu Kohlenstoff dioxid, Alkohol und Energie umgewandelt. C6H12O6 -> 2 C2H5OH + 2 CO2 > Herstellung von Wein/ Bier > Bäckerhefe 23.2 Stoff- und Energiewechselprozesse Assimilation Von organischen Substanzen aus anorganischen Stoffen Stoffwechselprozesse zum Aufbau/ Umbau Von aufgenommenen Nährstoffen in körpereigene Stoffe Heterotrophe Assimilation z. B. Fotosynthese Chemosynthese Anaerober Abbau von Glucose Energie (in Form von ATP) frei 2 Formen Autotrophe Assimilation z. B. Verdauung 2.3.3 Wärme- und Energieabgabe im Wald Stoffwechselprozesse Milchsäure Gärung Glucose wird durch Milchsäurebakterien in Milchsäure und Energie umgewandelt C6H1206-2 C3H603 > Herstellung Milchprodukte > Herstellung von Lebensmittel Dissimilation Aerob Gesamtheit aller abbauenden Stoffwechselwege, wobei Energie freigesetzt wird. z. B. Zellatmung Anaerob z.B. Gärung Zehn-Prozent-Regel: Immer 10% der Energie wird von Ernährungsebene zu Ernährungsebene weitergegeben (= kein Kreislauf, sondern ein Plus) Licht- energie 5% Ökologie Produzenten 100% Chemische Energie Wachstum 10% 50% Fraß Falllaub 39% 24 Stoffkreislauf im Wald 2.4.1 Nahrungskreislauf 9% 30% Fotosynthese (Assimilation) Produzenten Z.B. Bäume Sträucher, Gräser, Moose Aufbau körpereigener organischer Stoffe aus anorganischen Stoffen mit Hilfe der CO2 H₂O Mineralstoffe Nahrung für Konsumenten 1. Ordnung Insgesamt 10% ⇓ Konsumenten 2. Ordnung Weidegänger-Nahrungskette Insgesamt 1% 1. Klasse z.B. Kohlmeise Eichhörnchen 0,1% Laubstreuzersetzer-nahrungskette 0,9% Ausscheidungen Destruenten Abgestorbene Pflanzen, Pflanzenteilen Konsumenten 2. Klasse z.B. Sperber Baummarder Destruenten zB. Mikroorganismen Pilze, Würmer ↓ Aufnahme körper fremder organischer Stoffe als Nahrung (Zellatmung = Dissimilation) Umwandlung in körpereigene organische Stoffe (Assimilation) 0,01% 3. Klasse z.B. Uhu Ausscheidungen, tote Tiere 0,09% Und tote Tiere Konsumenten 3. Ordnung Insgesamt 0,1% रा Aufbau körpereigener organischer Stoffe durch Aufnahme toter organischer körperfremde Stoffe (Assimilation) Abbau organischer körperfremder Stoffe zu anorganischen Stoffen (Zellatmung = Dissimilation) Ökologie > Die Produzenten also zB. Bäume, Sträucher etc. bauen körpereigene organische Stoffe wie Glucose und Sauerstoff, aus anorganischen Stoffen wie Kohlenstoffdioxid und Wasser mit Hilfe der Fotosynthese auf. Hierbei handelt es sich um eine Assimilation. > Die körpereigenen organischen Stoffe der Produzenten dienen den Konsumenten als Nahrung. Diese werden den Organismen z.B. in Form von Blättern zugeführt Konsumenten erster Klasse). Diese aufgenommenen Stoffe werden in körpereigene organische Stoffe umgewandelt. Hierbei müssen die Konsumenten in verschiedene Klassen unterschieden werden (Konsumenten erster, zweiter und dritter Klasse). Konsumenten erster Klasse nehmen die organischen Produkte der Produzenten direkt auf, um zu überleben, während die anderen Klassen nur indirekt von diesen ernähren (Karnivoren und Omnivoren). > Die Destruenten bauen körpereigene organische Stoffe auf, durch Aufnahme toter organischer körper fremder Stoffe wie z.B. aus Ausscheidungen oder foten Tieren. Durch die Zellatmung bauen sie organische körperfremde Stoffe zu anorganischen Stoffen wie Kohlenstoffdioxid und Wasser, oder Mineralien um und geben diese durch den Boden an Produzenten weiter und der Kreislauf schließt sich. 2.4.2 Gasaustausch Zellatmung Fotosynthese H₂0 CO2 Fotosynthese Produzenten Zellatmung Destruenten Zellatmung H₂O 02 Zellatmung Zellatmung Konsumenten Zellatmung H₂0 Mit Hilfe der Fotosynthese wandeln Produzenten Kohlenstoffdioxid und Wasser in Sauerstoff und Glucose um. Dieser Sauerstoff wird von Konsumenten und Destruenten zur Zellatmung benötigt. Bei diesem Prozess entsteht erneut Kohlenstoffdioxid und Wasser welches beides von Produzenten für die Fotosynthese gebraucht wird. Ökologie 2.5 Toleranzbereiche der Lebewesen > Lebewesen haben unterschiedliche Ansprüche an ihre Umgebung. Sie haben sich an die Bedingungen angepasst. > einen engen Toleranzbereich bezeichnet man als stenök (Zeigerorganismen) > Einen weiten Toleranzbereich nennt man eur yök (Generalisten) 2.5.1 Angepasstheit Angepasstheit ist die spezielle Ausprägung von bestimmten Merkmalen oder Verhaltensweisen eines Organismus, aufgrund der gegebenen Umweltbedingungen. Das Ziel der Angepasstheit ist es, einen Fortpflanzungsvorteil zu erhalten 2.5.2 Toleranzkurve Pessimum: Minimum: Maximum: Intensität der Lebensvorgänge Optimum: ← Minimum Optimum A Pessimum Pessimum Ökologische Potenz Toleranzbereich - Maximum Intensität des Umweltfaktors Ein Pessimum umfasst den Wirkungsbereich eines Umweltfaktors in dem das Lebewesen noch existiert, sich aber nicht fortpflanzen kann. ist die unterste Grenze, wo ein Lebewesen, Lebensprozesse aufrechterhalten kann. ist die oberste Grenze des Toleranzbereichs, wo ein Lebewesen noch existiert. Toleranzbereich: die Spanne innerhalb der Ausprägung eines Umweltfaktors, in der ein Lebewesen, seine Lebensprozesse aufrechterhalten kann. ist der Bereich in dem Lebewesen die besten Lebensbedingungen haben bzw. Lebensprozesse/ Fortpflanzungsprozesse uneingeschränkt aufrechterhalten können. Ökologie Ökologische Potenz 2.6 Wirkung von Umweltfaktoren 2.6.1 Allen'sche Regel Unter der Allen'schen Regel versteht man den Umstand, dass die Größe der Körperbehänge (Schwanz, Ohrmuscheln, Beine etc.) bei gleichwarmen Tieren (Säugetiere, Vögel) in kälteren Regionen abnimmt. Beispiel Elefant: ist die Fähigkeit eines Organismus oder einer Population, Schwankungen von Umweltfaktoren zu ertragen und sich gleichzeitig fortpflanzen zu können. 2.6.2 Bergmann'sche Regel Unter der Bergmann'schen Regel versteht man den Umstand, dass die Größe eines gleichwarmen Tieres (Säugetiere, Vögel) je nach Wärme des Lebensraums variiert. Beispiel Pinguin: 00000 2.6.3 Einwirkung von Umweltfaktoren auf Lebewesen abiotisch biotisch Fressfeinde Wasser Parasiten Niederschlag Sauerstoff Fortpflanzungspartner Nahrung Temperatur Nahrungskonkurrenz Schadstoffe Ökologie 2.6.4 Bioindikatoren bzw. Zeigerarten Lebewesen mit einem kleinen Toleranzbereich gegenüber einem bestimmten Umweltfaktor verwendet man als Bioindikator bzw. Zeigerart. Beispiele: > große Brennnessel als Stickstoffzeiger > Wiesenschlüsselblume als Kalkzeiger > Roter neon und Bachforelle als Temperaturzeiger 2.6.5 Wirkung von biotischen Umweltfaktoren Zwischen den Lebewesen innerhalb eines Biotops existieren vielfältige Wechselbeziehungen. Es wird zwischen interspezifischen (zwischenartlich) und introspezifischen (inner artlichen) Beziehungen unterschieden. Die Formen der Wechselbeziehungen sind vielfältig: Form der Wechselbeziehung Räuber-Beute-Beziehungen Konkurrenz um z.B. > Nahrung > Fortpflanzungspartner Symbiose Parasitismus interspezifisch Inter- oder introspezifisch > intra- und interspezifisch > intraspezifisch Meist interspezifisch Meist interspezifisch 2.6.5.1 Räuber-Beute-Beziehung Räuber bzw. Beutegreifer töten und fressen andere Lebewesen. Man unterscheidet zwischen: > Pflanzenfresser (Herbivore): fressen i.d.R. Pflanzenteile ohne diese zu töten > Fleischfresser (Karnivore): erbeuten i.d.R. tierische Lebewesen > Allesfresser (Omnivore): sind teilweise Räuber und Pflanzenfresser Daraus ergeben sich typische Nahrungsebenen, die in Form von Nahrungsketten und Nahrungsnetzen dargestellt werden können. Die Nahrungsketten werden aus Produzenten, Konsumenten und Destruenten gebildet. Hierbei unterscheidet man die Konsumenten in: > Konsumenten 1. Ordnung Pflanzenfresser > Konsumenten 2. Ordnung Fleischfresser, die sich von Pflanzenfressern ernähren > Konsumenten 3. Ordnung Fleischfresser, die sich von Fleischfressern ernähren Achtung! Die Zuordnung der Nahrungsebenen sind nicht in jedem Fall eindeutig, da sich Tiere teilweise von Pflanzenfressern und Fleischfressern ernähren, teilweise auch von Pflanzenteilen. ZB. Eichhörnchen Ökologie Lotka-Volterra-Regel: Die Wissenschaftler Lotka und Volterra forschten Mitte der 20er Jahre unabhängig voneinander mit Populationen und ihren Veränderungen. Folgende Regelmäßigkeiten in der Beziehung zwischen Räuber- und Beutepopulationen konnten sie feststellen: 1. Die Größen der Räuber- und Beutepopulationen schwanken regelmäßig und zeitversetzt. 2. Die Mittelwerte beider Populationen bleiben langfristig konstant. Die Population der Beutetiere ist dabei immer deutlich größer. 3. Brechen beide Populationen gleichzeitig zusammen, erholt sich die Beutetierpopulation wesentlich schneller. Diese Regelmäßigkeiten werden als Lotka-Volterra-Regeln bezeichnet Beute Räuber posss was Räuber Einbruch beider Populationen Beute Mögliche Ursachen des Populationseinbruch: > Jagd durch menschen > geringe Nahrungsquellen/ Fortpflanzungspartner > Krankheiten/ Parasiten > Umweltverschmutzung/ Klimawandel 2.6.5.2 Konkurrenz Konkurrenten Konkurrenz ist ein Wettbewerb zwischen Organismen, um die Nutzung von begrenzt verfügbaren Ressourcen im Biotop (zB. Fortpflanzungspartner, Nahrungsquelle, Lebensraum) man unterscheidet zwei Arten: > intraspezifische Konkurrenz (innerartlich): Bsp. Rangkämpfe bei Hirschen (um Fortpflanzungspartner) > interspezifische Konkurrenz (zwischenartlich): Bsp. Fuchs und Wolf (um Nahrung) Konkurrenten Krankheitserreger Krankheitserreger Zeit Aufenthaltsorte Aufenthaltsorte Ernährungsweise Ernährungsweise Art I Art 2 Fressfeinde Fressfeinde Parasiten Parasiten Aktivitätszeit Zeit Aktivitätszeit Folgen der Konkurrenz: Konkurrenzausschlussprinzip: Ökologie Eine Art/ ein Individuum kann sich durchsetzen, das führt zu Abwanderung/ Vertreibung oder Ausrottung einer Art = 2.6.5.3 Parasitismus Zusammenleben zweier Arten von Lebewesen, bei dem die eine auf Kosten des anderen einseitigen nutzens zieht. Der Nutznießer heißt `Parasit', der Geschädigte heißt `Wirt'. = Konkurrenzvermeidungsprinzip: Beispiel: Zecke: Blutsaugen zur Ernährung und Eientwicklung, evtl. Krankheitsübertragung Arten/ Individuen passen sich an und können nebeneinander 26.5.4 Symbiose Lebensgemeinschaft/ Wechselbeziehung von Lebewesen verschiedener Arten, in der beide Partner voneinander profitieren, ohne sich größere Schäden zuzufügen. 2.6.6 Thermoregulation existieren (Ausbildung ökologischer Nischen) Gleichwarme Tiere (endotherm) > halten Körpertemperatur nahezu gleich > Körperwärme durch Stoffwechselprozesse aufrechterhalten/ reguliert Beispiel: Pilze und Bäume (Mykorrhiza): Pilz: Aufnahme Mineralien (P, N), Wasser Baum Schutz und Zucker (Fotosynthese) = große Energiemengen benötigt > Thermoregulation (alle Zellen sind aktiv und temperaturunabhängig) Wechselwarme Tiere (ektotherm) > Reaktionsgeschwindigkeit abhängig von Außentemperatur > Körpertemperatur an Umgebung angepasst > geringer Energieverbrauch > Kältestarre - Überschrittene mind. Temperatur > Hitzestarre = Überschrittene max. Temperatur -> zu heiß = absterben Ökologie Merkmale Thermoregulation: > isolierende Körperbedeckung (zB. Haare etc.) > Wärmedämmendes Fettpolster unter der Haut > leistungsfähiger Blutkreislauf (Wärmeaustausch, Wärmeabgabe, Kühlung) Kühlung durch zB. Schwitzen (Mensch) = 2.7 ökologische Nische Das Prinzip der Konkurrenzvermeidung basiert auf folgendem biologischen Hintergrund: Jedes Lebewesen in einem Lebensraum besitzt eine ökologische Nische (-> wichtig! Lebewesen nicht Lebensräume). Unter einer Ökologischen Nische versteht man die Gesamtheit aller verschiedenen Ansprüche/ Wechselwirkungen (Lebensraum, Nahrung, Aktivitätszeit...) einer Art an ihre Umwelt, die zum Überleben notwendig sind. Tiere mit unterschiedlicher ökologischer Nische können in einem Lebensraum leben, ohne gegenseitig zu konkurrieren. > Die Konkurrenzvermeidung kann inter- und intraspezifisch erfolgen. Interspezifisch: Brutplätze Vogelarten > Kronenbrüter Elster und Eichelhäher > Stammbrüter Buchfink und Habicht > Höhlenbrüter. Buntspecht und Kleiber > Buschbrüter. Amsel und Singdrossel > Bodenbrüter. Rotkehlchen und Zilpzalp Intraspezifisch: Habicht > Weibchen und Männchen haben verschiedene Körpergrößen/ -gewicht > Männchen deutlich kleiner und leichter > Auswirkung auf Art der Beute 2.7 Stabilität und Dynamik von Ökosystemen Stabilität Ein Ökosystem ist in der Lage auf Veränderungen zu reagieren. Das heißt es kann sich an teilweise auch extreme Umweltbedingungen anpassen. Einfluss auf Stabilität/ Dynamik: > Fähigkeit zur Selbstregulation > Struktur und Artendiversität > Eingriffe des Menschen Regelmäßige Schwankungen der Umweltfaktoren und Individuen sind typisch innerhalb von Ökosystemen. Dieser stetige Wandelwird als Dynamik bezeichnet. Selbstregulation = Fähigkeit einer Population oder eines Ökosystems, Störungen selbst auszugleichen (Regulation) und damit eine ökologisch sinnvolle Populationsdichte bzw. Artenzusammensetzung beizubehalten (ökologisches Gleichgewicht). Ökologie Struktur und Artendiversität > höhere Stabilität von Ökosystemen > höhere Wahrscheinlichkeit für leistungsfähigere Arten, die auch Schwankungen von Umweltfaktoren überdauern können > konstante Regulation des Klimas und des Wasserhaushalts > Bessere Abpufferung von Extremereignissen > Potential für Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Pharmazie > kultureller und ästhetischer Wert Beispiel Einfluss Mensch im Wald: Lichtverhältnisse Luftfeuchtigkeit Gliederung Artenvielfalt Stabilität des ökologischen Gleichgewichts Gefahr von Schädlingen (Massenauftreten) Pflegeaufwand Jährlicher Ertrag naturnaher Laubmischwald Größere Abwechslung = bessere Lichtverhältnisse Relativ hoch Alle Schichten vorhanden stärkere Ausprägung der Schichten Sehr hoch Stabil Eher unwahrscheinlich Gering Relativ gering 2.8 Bedeutung des Waldes 2.8.1 Schutzfunktion 2.8.2 Nutzfunktion > forstwirtschaftliche Nutzung > Bau-, Möbel-, und Papierindustrie > stabilisiert durch Wurzeln Boden > Regenwasser durch Poren versickern > Bergwald hält Lawinen und Steinstürze auf › Arbeitsplätze entstehen > sorgt für ausgeglichenes Klima > senkt CO2 Gehalt der Atmosphäre > Blätter reinigen Luft von Staub > fördert Wolkenbildung durch Transpiration Fichtenmonokultur Wenig Licht am Erdboden > Trinkwasserspeicher › Sauerstoffproduzent Eher niedrig Baumschicht evtl. Kraut- und Moosschicht, kaum ausgeprägt Sehr gering Instabiler Relativ hoch eher wahrscheinlich = Vergleichsweise hoch Relativ hoch > Brennstoff moderner Heizanlagen 2.8.3 Erholungsfunktion > Zur Erholung und Entspannung > Bildung über Natur- und Artenschutz Ökologie 2.8.4 Waldsterben Ursachen: > Verätzungen, die fotosynthetisch aktives Gewebe schädigen > Störungen im symbiotischen Mykorrhiza-Wurzelsystem, was zu Störungen in der Nährstoff- und Mineralsalz- Aufnahme führt > Schwächung der Bäume > Anfällige Schädlinge > Empfindlichkeit gegenüber extremen Umgebungsbedingungen (zB. Trockenheit) > Freisetzen giftiger Schwermetalle > Auswaschung wichtiger nährsalze Mensch ist Verursacher = > saurer Regen wird durch Abgase aus der Industrie, Verkehr und Haushalten gebildet > Abgase fördern die Ozonbildung in Bodennähe Maßnahmen: > geschädigte Bäume schnell entfernen (keine Ausbreitung von Schädlingen) > großflächige Kalkung um den PH-Wert im Boden anzuheben und Versauerung zu beheben > Schwefeldioxid und Stickoxide durch Filter oder Entschwefelungsanlagen reduzieren Prognose: > Trotz technischem Fortschritt ist keine Besserung zu erwarten, da der Verkehr immer zunimmt. > Der rasche Klimawandel stellt eine zusätzliche Belastung dar und fördert das Waldsterben 2.8.5 Zusammenhang Artenschutz und Biotopschutz Artenschutz ist ein wichtiger Schritt um bedrohte Pflanzen- und Tierarten zu schützen. Dieser Schutz ist jedoch nur dann wirklich effektiv, wenn nicht nur eine Art geschützt ist., sondern auch deren Lebensraum. Ohne den Biotopschutz ist der Artenschutz also relativ sinnlos, weshalb guter Naturschutz eine Kombination aus Arten- und Biotopsschutz sein muss.