Ökologie 3

• damit befasst sich die Biozönologie

• umfassen alle Arten, die gemeinsam einen bestimmten Lebensraum (Biotop) bewohnen

• Innerhalb einer Lebensgemeinschaft existieren zahlreiche Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Individuen einer Spezies, aber auch zwischen verschiedenen Arten

• Interspezifische Beziehungen nennt man Beziehungen von Individuen einer Art mit Individuen anderer Organismenarten in einer Lebensgemeinschaft

  • interspezifische Konkurrenz (-/-)

  • Parasitismus, Herbivorie (+/-)

  • Prädation (Räubertum) (+/-)

  • Metabiose (+/0)

  • Mutualismus (Symbiose) (+/+)

  • Parabiose (z.B. Kommensalismus) (+/0)

  -> Die Wirkungen der einzelnen interspezifischen Beziehungen auf das Überleben und die Reproduktion des jeweiligen Partners können positiv (+), negativ (–) oder neutral (0) sein

• ist in einzelne Habitate unterteilt, kleinere Teillebensräume, die spezifische Anforderungen erfüllen

• zunehmende Abundanz einer Art wirkt sich negativ auf die der anderen aus und umgekehrt

• Interspezifische Konkurrenz (–/–) herrscht zwischen Individuen verschiedener Arten, die um eine begrenzte Ressource konkurrieren

• Konkurrenzausschluss-Prinzip

  • Starke Konkurrenz kann dazu führen, dass der unterlegene Konkurrent lokal ausstirbt

  • Das Prinzip besagt, dass zwei Arten, die um die gleichen begrenzten Ressourcen konkurrieren, nicht an einem Ort nebeneinander und zum selben Zeitpunkt auf Dauer existieren können

• Die Art & Weise, wie eine Art die biotischen & abiotischen Ressourcen in ihrer Umwelt nutzt

• Die Koexistenz ökologisch sich gleich oder ähnlich verhaltender Arten in einer Lebensgemeinschaft ist dann möglich, wenn sich ihre ökologischen Nischen mehr oder weniger deutlich unterscheiden

  -> Konkurrieren zwei Arten mit einer ähnlichen ökologischen Nische, kann es sein, dass die eine ausstirbt

• Eine Ressourcenaufteilung zwischen Arten mit ähnlichen Umweltansprüchen kann zur Koexistenz dieser Arten in einer Lebensgemeinschaft führen

• Bei verwandten sympatrischen Arten kann oft eine ökologische Merkmalsverschiebung (auch Kontrastbetonung genannt) als Anpassung an die interspezifische Konkurrenz beobachtet werden

  • Als Merkmalsverschiebung bezeichnet man das Phänomen, dass sich Merkmale bei sympatrisch lebenden Populationen zweier Arten stärker unterscheiden als in allopatrischen Populationen derselben Arten

• Ein Beispiel ist die unterschiedliche Schnabelgröße bei verschiedenen Populationen von Galapagosfinken

• Anderer Lebensraum

• ±-Wechselbeziehung, also die klassische Beziehung von Räubern und ihrer Beute

-> Morphologisch-anatomische Anpassungen

• Prädatoren

  • scharfe Klauen, Zähne, Gifte oder spezifische Fangmechanismen

• Beutetiere

  • verfügen auch über verschiedene Adaptationen, um dem Gefressenwerden zu entgehen

    • Mimese: Eine Tarn- oder Verbergetracht

    • Mimikry: andere Art in Farbe, Gestalt oder Verhalten wird imitiert

• Eine Tarn- oder Verbergetracht

• z.B. Stabheuschrecken, die wie trockene Äste aussehen.

andere Art in Farbe, Gestalt oder Verhalten wird imitiert

• andere Art in Farbe, Gestalt oder Verhalten wird imitiert

• Bates’schen Mimikry (c)

  • Eine genießbare und ungefährliche Art ähnelt in Gestalt, Färbung und Verhalten einem widerwärtig schmeckenden und besonders wehrhaften Vorbild

  • z.B. Der amerikanische Eisvogel (Limenitis archippus Cramer) ähnelt im Aussehen dem Monarchfalter (Danaus plexippus L.), der von Blauhähern gemieden wird.

• Müller’scher Mimikry (d)

  • zwei oder mehrere wehrhafte Arten ähneln sich stark

• Hier schädigt der Parasit seinen Wirt zwar, tötet ihn aber nicht, da er sich sonst seine Lebensgrundlage entziehen würde (+/- Beziehung)

  • Endoparasiten

    • Parasiten, die im Körperinneren des Wirts leben

      -> Spulwurm

  • Ektoparasiten

    • Leben auf der Körperoberfläche des Wirts

      -> Zecke

  • Parasitoide

    • Raubparasitismus führt letztendlich zum Tod des Wirtes

      -> Schlupfwespe

• Viele Parasiten durchlaufen einen komplizierten Lebenszyklus mit mehreren Wirtsorganismen

• Manche Parasiten beeinflussen auch das Verhalten ihrer Wirte, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Parasit wieder von einem Wirtsorganismus auf einen anderen übertragen wird, erheblich steigt

• weitere Unterscheidungen:

  • Mikroparasit

    • Trypanosoma brucei gambiense, Erreger der westafrikanischen Schlafkrankheit

  • Makroparasit

    • Zecken (Ixodida)

  • Holoparasit

    • Teufelszwirn Cuscuta spec aus der Familie der Windengewächse (Convolvulariaceae)

  • Hemiparasit

    • Misteln (Viscum L.) aus der Familie der Sandelholzgewächse (Santalaceae)

• (Phytophagie) bezeichnet eine für Pflanzen negative Wechselwirkung mit Pflanzenfressern (Herbivoren), wie Weidegängern oder Insekten

• eine +/–-Interaktion, bei der der Herbivor Teile von Pflanzen (oder Algen) verzehrt

• Als Abwehrmechanismen dienen Pflanzen spezifische chemische Substanzen oder bestimmte morphologische Strukturen

• Als Symbiose oder Mutualismus bezeichnet man eine interspezifische Wechselwirkung, die beiden Arten einen Vorteil bringt (+/+)

• Mutualismus kann obligat, d.h. für beide Partner lebensnotwendig, sein eine fakultative Allianz sein

• Beispiel:

  Blütenpflanzen und ihre Bestäuber oder Leguminosen mit Wurzelknöllchenbakterien

• z.B. für obligat

  1) parasitäre Wespen mit Polydnaviren

  2) Termiten und endosymbiontische Protozoa

• 
  

• Einer der Partner zieht Nutzen aus dem anderen, ohne ihn dabei direkt zu schädigen – im Gegensatz zum Parasitismus. (+/0 Beziehung)

• Dies kann beispielsweise in Form von Kommensalismus (Nahrungsbeziehung) erfolgen

• Der eine Partner kann aber auch als Substrat (Epökie) oder Transportmittel fungieren, oder verlassene Bauten können als neue Wohnstätte dienen (Synökie).

• Die Inanspruchnahme von Schutz durch eine wehrhaftere Art, zum Beispiel in gemischten Brutkolonien, wird als Parökie bezeichnet.

• besondere Form von Beziehung mit einseitigem Nutzen, bei der Individuen der einen Art erst später einen Nutzen aus Hinterlassenschaften anderer Arten ziehen (+/0 Beziehung)

-> dies gilt beispielsweise für Höhlenbrüter, welche die verlassenen Bruthöhlen von Spechten nutzen

• Biozönosen unterscheiden sich in ihrer Artendiversität, welche sich zusammensetzt aus dem Artenreichtum und der Abundanz (relative Häufigkeit)

• Artenreichtum ist die Anzahl der verschiedenen Arten in der Biozönose

• die von Mikroorganismen kann durch die molekularbiologische Analyse von RFLPs erfasst werden

• Die relative Häufigkeit der einzelnen Arten ist der Anteil, den die jeweilige Art an der Gesamtzahl der Individuen einer Lebensgemeinschaft ausmacht

• Berechnen kann man diese Diversität quantitativ z.B. mittels des Shannon-Index (Diversitätsindex)

• Dabei sind A, B, C ... die Arten in der Lebensgemeinschaft,

  p ist die relative Häufigkeit der einzelnen Arten

  und ln der natürliche Logarithmus

• Die Nahrungsbeziehungen zwischen den Organismenarten einer Lebensgemeinschaft

• In Nahrungsketten werden Nahrungsenergien durch verschiedene Trophieebenen übertragen

• Sie bestimmt weitgehend Struktur und Dynamik einer Lebensgemeinschaft

  • beginnend von den Primärproduzenten (photosynthetisch aktive Organismen) über Primärkonsumenten (Herbivoren) sowie Sekundär- und Tertiärkonsumenten (Carnivoren) bis hin zu den Destruenten (Zersetzern)

  • Diese Nahrungsketten sind untereinander zu Nahrungsnetzen verknüpft, weil manche Arten auch auf unterschiedlichen Trophiestufen stehen können, beispielsweise Omnivoren (Allesfresser), Destruenten und Parasiten

• Arten mit einer großen Bedeutung für die Lebensgemeinschaft

  • Einige Arten haben für die Struktur und die Erhaltung einer Lebensgemeinschaft eine besonders große Bedeutung

• Schlüsseldominante

  • Arten, die in besonders hoher Anzahl und Biomasse vertreten sind

  • z.B. Rotbuche in Laubwäldern gemäßigter Breiten

• Schlusssteinarten

  • Arten , die auch ohne dass sie eine große Biomasse ausbilden, eine entscheidende Schlüsselrolle für die Lebensgemeinschaft haben

• Arten üben ihren Einfluss auf die Lebensgemeinschaft nicht auf dem Weg der trophischen Wechselwirkungen aus, sondern indem sie die abiotische Umwelt erheblich verändern

  • Wenn Ökosystemingenieure die Struktur und Dynamik von Ökosystemen verändern, haben sie auf einzelne Arten der Lebensgemeinschaft positive Wirkungen hinsichtlich ihrer Überlebens- und Fortpflanzungsrate

• bottom-up-Modell

  • Hier wird ein einseitiger Einfluss der unteren auf die jeweils höhere Trophieebene postuliert

  • In diesem Fall hat zum Beispiel das Vorkommen oder Fehlen eines essenziellen mineralischen Nährstoffs Auswirkungen auf die Anzahl und Biomasse der Pflanzen

• top-down-Modell

  • Hier wird die Organisation einer Lebensgemeinschaft vorwiegend durch die Prädation bestimmt

  • Räuber dezimieren die Herbivoren, dies verringert die Biomasse und die Pflanzen beschränken durch geringeren Bestandsanfall die Menge mineralisierter Nährstoffe

• Wie man an Langzeitstudien erkennen kann, ist die Wirkung einer bottom-up- und top-bottom-Kontrolle je nach Gemeinschaftsstruktur unterschiedlich

• Eine gezielte Veränderung eines ökologischen Systems durch den Menschen

• Modell, das die dynamischen Prozesse in Ökosystemen in den Vordergrund stellt und wonach die meisten Lebensgemeinschaften nicht statisch sind, sondern unter dem steten Einfluss von beispielsweise Störungen einem Wandel unterliegen

• Störungen – ob natürlicher Art, wie Überschwemmungen und Stürme, oder vom Menschen verursacht – führen zur Veränderung von Biozönosen infolge daraufhin einsetzender dynamischer Prozesse

• Nach der Hypothese der mittleren Störungen ist die Artendiversität bei einem mittleren Niveau der Störung am größten

  • Zu häufige und zu starke Störungen verringern die Artendiversität und führen zu Stressbelastungen, die viele Arten nicht mehr tolerieren können

  • Ein zu niedriges Störungspotenzial kann ebenfalls zu einer Verminderung der Artendiversität führen, da es dominanten Arten gelingt, die weniger konkurrenzfähigen Arten zu verdrängen

• Die vorhandene Vegetation einer Biozönose wird durch äußere Einflüsse zerstört und das Gebiet in verschiedenen Stufen von anderen Organismen neu besiedelt

  • Sukzession

    • lässt sich definieren als zeitlicher Wechsel von einer Organismengemeinschaft zu einer anderen

  • Primärsukzession

    • Vorgang in einem zuvor unbelebten Gebiet beginnt und eine Neulandbesiedlung findet statt.

    • Zunächst siedeln sich Mikroorganismen und später meist Moose und Flechten an, das sind typische Pionierarten, deren Zersetzungsprodukte den Boden für die nachfolgende Vegetation bereiten

  • Sekundärsukzession

    • wenn bereits entwickelte Organismengemeinschaften einer Störung unterliegen und die Entwicklung von Neuem wieder beginnt

    • Nach einer Rodung von Wäldern siedeln sich beispielsweise zunächst krautige Pflanzen an, anschließend Sträucher und letztendlich wieder Bäume

• setzt den Sachverhalt quantitativ um, dass unter annähernd gleichen Standortfaktoren ein geografisches Gebiet umso mehr Arten enthält, je größer es ist

• Die Arten-Flächen-Kurve für nordamerikanische Brutvögel ist ein Beleg für diese These

• Die Artenvielfalt auf Inseln hängt ab von:

  • Flächengröße und Entfernung vom Festland, Geschwindigkeit der Einwanderung (Immigration) und Geschwindigkeit des lokalen Aussterbens (Mortalität)

  • Das Gleichgewichtsmodell (Equilibrium-Modell) der Flora und Fauna einer Insel postuliert, dass sich ein Artengleichgewicht (Equilibrium) einstellt, wenn die Einwanderungs- und Aussterberate gleiche Werte annehmen

• Große Auswirkungen auf die Struktur von Lebensgemeinschaften haben Pathogene (Krankheitserreger) – Mikroorganismen, Viren, Viroide oder Prionen

• können rasch einsetzende und umfassende Wirkungen auf die Gemeinschaftsstruktur haben

• Zoonosen sind Infektionen oder Krankheiten, die in der Natur zwischen Wirbeltieren (einschließlich des Menschen) übertragen werden

• Dies geschieht entweder durch unmittelbaren Kontakt mit einem infizierten Tier oder durch eine Tierart, die als Überträger wirkt und als Vektor bezeichnet wird

• Drei Viertel aller neuen Krankheiten, die heute bei Menschen auftreten, sind Zoonosen

• Grenzen für die Länge von Nahrungsketten

  • Innerhalb eines Nahrungsnetzes besteht jede Nahrungskette in der Regel nur aus wenigen Gliedern

• Es gibt zwei Erklärungsansätze für die relative Kürze von Nahrungsketten:

  • Energiehypothese

    • Nach der Energiehypothese wird die Länge durch die Ineffizienz der Energieübertragung zwischen den Stufen begrenzt

  • Hypothese der dynamischen Stabilität

    • Nach der Hypothese der dynamischen Stabilität sind lange Nahrungsketten nicht so stabil wie kürzere

  -> Die meisten derzeit verfügbaren Erkenntnisse sprechen eher für die Energiehypothese

• Die meisten und größten Störungen in Ökosystemen auf der Erde verursacht der Mensch

• Da die vom Menschen verursachten Störungen häufig sehr stark sind, führen sie in vielen Lebensgemeinschaften zu einer erheblichen Verringerung der Artendiversität

• Das Pflanzen- und Tierleben in den Tropen ist in der Regel wesentlich arten- und formenreicher ist als in anderen Regionen der Erde

• Die beiden wichtigsten Ursachen dieses breitengradabhängigen Gefälles des Artenreichtums liegen vermutlich in den evolutiven Prozessen und im Makroklima

• In den Tropen sind die Lebensgemeinschaften in der Regel wesentlich älter als in den gemäßigten oder gar polaren Breiten, was ihre Vielfältigkeit erklären kann

  • Wichtigste Klimafaktoren in terrestrischen Lebensräumen sind die Sonneneinstrahlung und die Verfügbarkeit von Wasser

  • Maß hierfür ist die Evapotranspiration, die direkt mit der Artendiversität zusammenhängt

Bildung neuer Arten an geographisch getrennten Orten

getrennt evolvierende Subpopulationen ohne Vorliegen einer geographischen Barriere

• morphologischen Strukturen wie Dornen, Stacheln, verholzte Strukturen

• sekundäre Pflanzenstoffe wie Alkaloide, Terpenoide und Phenole

• Auswirkungen können durch Beschneidung der Pflanzen simuliert werden