Ökologie

Ein Ökosystem ist ein dynamisches Wirkungsgefüge zwischen Lebewesen und ihrer unbelebten Umwelt und besteht aus dem Biotop (Lebensraum) und der Biozönose (Lebensgemeinschaft)

Umfasst die abiotischen Umweltbedingungen

1. Klimatische Faktoren:

   • Licht (Intensität, Tageslänge)

   • Temperatur

   • Niederschlag

   • Wind

   -> beeinflussen z.B Fotosynthese, Verdunstung und Aktivität von Tiefen

2. Edaphische Faktoren (Boden):

   • Bodenart

   • pH-Wert

   • Mineralstoffegehalt

   • Bodenfeuchte

   -> beeinflussen Pflanzenwachstum direkt

3. Hydrologische Faktoren:

   • Wasserverfügbarkeit

   • Salzgehalt

   • Sauerstoffgehalt im Wasser

Die Biozönose ist die Gesamtheit aller Organismen verschiedener Arten, die in einem Biotop zusammenleben

1. Konkurrenz: zwischen Individuen um Ressourcen (z.B Nahrung, Licht)

2. Räuber-Beute-Beziehungen: Regulation von Populationen

3. Symbiose: beide Partner profitieren

4. Parasitismus: ein Organismus profitiert, der andere wird geschädigt

-> Beeinflussen:

• Populationsgröße

• Artenzusammensetzung

• Evolutionäre Anpassung

1. Produzenten: autotrophe (Pflanzen)

2. Primärkonsumenten: Pflanzenfresser

3. Sekundärkonsumenten: Fleischfresser 1. Ordnung

4. Tertiärkonsumenten: Fleischfresser 2. Ordnung

5. Destruenten: Zersetzer (Pilze/Bakterien)

   -> zersetzen organische Stoffe in anorganische Nährstoffe

Abiotische Umweltfaktoren beeinflussen:

1. Überleben einer Art

2. Wachstum

3. Fortpflanzung

Jede Art reagiert unterschiedlich auf einen Umweltfaktor

1. Toleranzkurve

2. Vitalität

3. Umweltfaktor

4. Toleranzbereich: Bereich eines Umweltfaktors, in de, eine Art überleben kann

5. Optimum: maximale Leistungsfähigkeit

6. Präferenzbereich: bevorzugter Bereich

7. Pejus: Überleben ist gesichert aber Fortpflanzung und Wachstum nimmt ab

8. Pessimum: Überleben möglich aber keine Fortpflanzung

9. Minimum: unterhalb -> Tod

10. Maximum: oberhalb -> Top

Ökologische Potenz:

Der Bereich eines Umweltfaktors, indem eine Art unter natürlichen Bedingungen (inkl. Konkurrenz) leben und sich fortpflanzen kann

Physiologische Potenz:

ohne Konkurrenz (Laborbedingungen)

1. euryök:

   • großer Tolerantbereich

   • anpassungsfähig

2. stenök

   • kleiner Toleranzbereich

   • empfindlich gegenüber Veränderung

Zeigerarten sind Arten, die aufgrund ihrer engen ökologischen Potenz (stenök) empfindlich auf bestimmte Umweltfaktoren reagieren und dadurch als Indikatoren für Umweltbedingungen dienen

-> Wichtig fürnUmweltanalysen und Naturschutz

Die ökologische Nische ist die Summe aller Umweltfaktoren, unter denen eine Art existieren kann

Umfasst sowohl abiotische Faktoren als auch biotische Faktoren

1. Fundamentalnische:

   • theoretisch möglicher Lebensraum

   • ohne Konkurrenz

   • entspricht der physiologischen Potenz

2. Realnische

   • tatsächlich genutzter Lebensraum

   • mit Konkurrenz

   • meist kleiner als die Fundamentalnische

   • eingeschränkt durch Konkurrenz

Wechselwirkung zwischen Individuen, die dieselben Ressourcen nutzen

1. Intraspezifische Konkurrenz

   • innerhalb einer Art

   • oft besonders stark (da gleiche Ansprüche)

2. Interspezifische Konkurrent

   • zwoschen verschiedenen Arten

Auswirkungen:

Verringerung von Wachstum und Fortpflanzung als auch Verdrängung der schwächeren / weniger effizienten Art

Konkurrenzausschlussprinzip:

zwei Arten mit identischen ökologischen Nischen können nicht dauerhaft koexistieren.

Einnischung ist die Anpassung von Arten an unterschiedliche Ressourcen oder Umweltbedingungen, um Konkurrenz zu vermeiden durch:

1. räumliche Trennung: unterschiedliche Lebensräume

2. zeitliche Trennung: unterschiedliche Aktivitäten

3. unterschiedliche Nahrung: Spezialisierung

-> Koexistenz möglich

Die Realnische einer Art ergibt sich aus der Fundamentalnische unter dem Einfluss biotischer Wechselwirkungen, insbesondere der Konkurrenz

1. exponentielles Wachstum

   = die Zunagme einer Population unter idealisierten Bedingungen ohne Ressourcenbegrenzung

   -> die Populationsgröße wächst proportional zur aktuellen Zahl der Individuen

2. logistisches Wachstum

   = Populationswachstum unter realen Bedingungen, bei denen Ressourcen begrenzt sind

   -> die Population stabilisiert sich an der maximalen möglichen Größe

1. R-Strategen:

   • viele Nachkommen

   • geringe Überlebensrate, geringe elterliche Fürsorge

   -> Population stark schwankend

   -> tendieren zu exponentiellem Wachstum in günstigen Phasen

2. K-Strategen:

   • wenige Nachkommen, hohe Überlebensraten, intensive Fürsorge

   -> Populationen stabiler

Wechselbeziehungen zwischen Räuber- und Beutepopulationen, bei der die Dichte der einen Population die Dichte der anderen beeinflusst

= Lotka-Volterra-Verhalten

Zunahme der Beute -> mehr Nahrung für Räuber -> Zunahme der Räuber -> Rückgang der Beute -> Rückgang der Räuber

Nahrungsgesetz (10%-Regel)m Nur ca. 10% der in der Biomasse gespeicherten Energie wird von einer Trophiestufe zur nächsten weitergegeben

-> Restenergie geht verloren durch Stoffwechsel, Wärmeabgabe und unverdaute Anteile

-> Es können nur wenige Trophiestufen effizient existieren, die Populationen höherer Stufen sind kleiner

Graphische Darstellung der Biomasse auf jeder Trophiestufe eines Ökosystems

Beschreibt den gerichteten Fluss von Energie durch die Trophiestufen eines Ökosystems von Produzenten zu Konsumenten und Destruenten

1. CO2 in der Atmosphäre

2. Assimilation durch Pflanten (Pflanzen nehmen Kohlenstoff aus CO2bauf und wandeln ihn in organische Verbindungen um)

3. Tiere (nehmen Kohlenstoff in Form von organischen Verbindungen auf)

4. Pflanzen

5. Dissimilation durch Pflanzen und Tiere (organische Kohlenstoffverbindungen werden abgebaut und CO2 freigesetzt)

6. Diffusion von CO2 (CO2 löst sich passiv in Wasser)

7. Photosynthese (Assimilation)

8. Wasserpflanzen und Cyanobakterien (Kohlenstoff wird in organische Verbindungen umgewandelt)

9. organisches Material, Carbonate

10. Dissimilation durch aquatische Bakterien

11. Freigesetztes CO2

12. Abgestorbenes organisches Material

13. Bodenlebewesen, Destruenten

14. Torf, Kohle Erdöl, Erdgas

15. Fossile Brennstoffe

16. Verbrennung

Eingreifen des Menschen (sorgt hauptsächlich für mehr CO2 in der Luft)

1. Verbrennung Fossiler Brennstoffe

2. Abholzung von Wäldern

Möglichkeiten für nachhaltige Handlungsoptionen:

1. weniger Verbrennung Foffiler Brennstoffe

2. Schutz von Wäldern

3. CO2-Speicherung (Carbon Capture and Storage)

1. Wärmeabstrahlung der Erde durch Treibhausgase (CO2) zurückgehalten

2. anthropogener Treibhauseffekt ist der vom Mensch verursachte Anstieg des Treibhauseffekts

   -> Klimawandel als Folge

3. natürlicher Treibhauseffekt ist Lebensnotwendig

   anthropogener Treibhauseffekt ist gefährlich

1. Stickstoff in der Atmosphäre

2. stickstofffixierende Knöllchenbakterien

3. Amonium (NH4+)

4. nitrifizierende Bakterien

5. Nitrit (NO2-)

6. Nitrat (NO3-)

7. Pflanzen

8. Tiere

9. Ausscheidungen und abgestorbenes Material

10. Destruenten

11. denitrifizierende Bakterien

1. Menschlicher Einfluss

   Dünger -> hoher Nitratgehalt im Boden

   Folgen von Überdüngung: Algenblüte -> Sauerstoffmangel -> Fischesterben

2. Handlungsoptionen

   • angepasste Düngung

   • Biologische Fixierung nutzen

   • Renaturierunf belasteter Gewässer

Biodiversität bezeichnet die Vielfalt des Lebens auf der Erde und umfasst die Variabilität von Genen, Arten und Ökosystemen.

Sie ist ein zentraler Indikator für die Stabilität und Funktionsfähigkeit von Ökosystemen

1. Genetische Variabilität: Variation der Gene innerhalb einer Art

2. Artenvielfalt: Anzahl und Häufigkeit verschiedener Arten in einem Ökosystem

3. Vielfalt an Ökosystemen (Ökosystemdiversität): Unterschiedliche Lebensräume, deren Struktur, Artenzusammensetzung und funktionale Eigenschaften variieren

Biodiversität auf allen drei Ebenen wirkt synergistisch (verstärken sich gegenseitig)

• hohe genetische Variabilität -> stabile Arten -> Beitrag zur Artenvielfalt

• Vielfältige Arten -> stabile und funktionale Ökosysteme -> Ökosystemdiversität

Folge: Ein Ökosystem mit hoher Biodiversität ist robuster gegenüber Umweltveränderungem und liefert nachhaltige Ökosystemleistung

1. Landwirtschaft vs. Artenvielfalt:

   intensive Agrikultur -> Monokulturen

   Pestiziteinsatz -> Verlust von Wildpflanzen und Insekten

2. Forstwirtschaft vs. Waldökosysteme:

   Kahlschlah -> Habitat erlust für Tiere und Pflanzen

3. Fischerei vs. Meeresbiodiversität

   überfischung -> Rückgang von Arten, störung mariner Nahrungsnetze

Folgen:

• Artensterben und Rückgang der genetischen Vielfalt

• Störung von Nahrungsnetzen und Ökosystemfunktionen

1. Schutzgebiete

2. Nachhaltige Nutzung in der Landwirtschaft und Fischerei: Mischkulturen und nachhaltige Fangmethiden und Fischereiquoten die nicht überschritten werden dürfen

3. Regeneration und Wiederherstellung von Lebensräumen

Maß für den Ressourcenverbrauch eines Menschen, einer Bevölkerung oder eines Landes in Bezug auf die ökologisch verfügbare Fläche

-> misst wie viel Fläche nötig ist, um den Verbrauch von Rohstoffen, Energie, Nahrung und Abfallaufnahme zu decken

1. Ziel:

   Reduzierung des Fußabdruckes, um Ressourcenverbrauch innerhalb der ökologischen Kapazität zu halten

2. Möglichkeiten zur Nachsteuerung:

   • Energieeinsparung

   • Erneuerbare Energien

   • Ernährung: wenig Fleisch, regionale und saisonale Produkte

   • Reduziertes Konsumverhalten

   • Politische Maßnahmen: CO2-Steuern