Definition Ökologie
Ökologie ist die wissenschaftliche Erforschung der Beziehung zwischen Organismen untereinander und ihrer Umwelt.
Autökologie = untersucht Wechselwirkungen einer Art mit ihrer Umwelt
Demökologie = Populationsbiologie, untersuch quantitativ Populationen und ihre Wechselwirkungen mit der Umwelt
Synökologie = Ökologie der Lebensgemeinschaften, untersucht biologische Systeme, Zusammensetzung und Struktur von Lebensgemeinschaften, Energie- und Stoffflüsse
Ethoökologie = Einfluss des Verhaltens von Organismen auf Populationsstruktur
Definition interspezifisch – intraspezifisch
zwischen Arten = interspezifisch
innerhalb einer Art = intraspezifisch
Beispiel für „Survival oft he fittest“
Nicht: ”Stärke, Kraft, Ausdauer, Schnelligkeit”
Sondern: “Survival of the fittest”= “diejenigen haben die höchste Fitness, die am besten in der Lage waren, die Risiken in ihrem Habitat zu überleben, die Ressourcen am besten nutzen und somit am erfolgreichsten bei der Reproduktion sind”
→ höchster Einfluss auf die erblichen Merkmale der nachfolgenden Generation
Mittlerer Grundfink
nach Trockenheit - Rüchgang der Samen-Pflanzen mit kleinen Samen
Mehr große, harte Samen
Größere Vögel mit größeren Schnäbeln und höherer fitness überleben
Common Garden
Geographische Variation einer Art
Beispiel Saphir-Gänsekresse Arabis fecunda
Pflanzen aus geringer Höhe und hüheren Lagen zusammen gezüchtet, wurden lokale Apassungen sichtbar
Beispiel Agrostis stolonifera (Weißes Straussgras)
Sehr lokale Anpassung (120 Meter Abstand) der Ausläufer (Stolonlänge); genetisch determiniert, da im „common garden“ die Ausläufer unterschiedliche Länge haben
Gegenteil → Hybridisierungeseffekte
Beispiel Chamaecrista fasciulata
„Lokale Spezialisierung“ = genetische Effekte erst ab 1.000 Kilometer sichtbar
Artbegriff (Beispiel Heringsmöwe, Silbermöwe)
Biologischer Artbegriff
“Arten sind sich kreuzende Populationen, die von anderen Gruppen isoliert sind.”
Allopatrische Artbildung:
Beispiel:
die Herings- und Silbermöwe haben sich bei gemeinsamer Abstammung während der kreisförmigen Besiedlung der nördlichen Hemisphäre auseinander entwickelt
in Nordeuropa, wo sie beide vorkommen kommt es nicht zu Kreuzverpaarungen
werden eindeutig als zwei klar getrennte Arten gesehen
dennoch, sind entlang ihrem Verbreitungsgebiet durch eine Reihe sich frei miteinander kreuzender Rassen und Unterarten verbunden
Agakröte
Aga-Kröte Rhinella marina
Giftstoffe werden über die Hinterohrdrüsen (Parotiden) und Hautdrüsen am Rücken abgesondert
Bei deutlicher Bedrängnis kann dies auch spritzend (Extrusion) erfolgen
Hund 15 min nach Apportation tot
Eier, Kaulquappen, tote Kröten auch giftig, bei unterschiedlichen Arten unterschiedlich
Entomologen um FROGAT & KINGHORN warnen vor Einfuhr der Kröten
Für die Einfuhr verantwortlicher MUNGOMERY (1936) verwies darauf, dass die „Ansiedlung in Queensland … nach sorgfältiger Abwägung der Pros und Contras“ erfolgte und das Verhalten der Kröte keinen Grund zur Sorge gibt (LOEW 1999)
Vormarsch der Aga-Kröte in Australien 55 km pro Jahr
Ankunft der Agakröte im Northern Territory, innerhalb von zwei Jahren Rückgang der Süßwasserkrokodile um 77 % - Rückgang der Goannas (Warane) um 90 %
Rückgang der bodenbrütenden Regenbogenspinte um 30 %
Rückgang der Braunschlangen (hochgiftig) um 90 %
Gefährdung zahlreicher weiterer Arten: Gold-Laubfrosch, Blauzungenskink, Zwergbeutelmarder vom Aussterben bedroht
In Australien:
Schwarzmilane drehen mittlerweile Kröten blitzschnell um, bevor sie sie fressen → werden nicht vom Giftstrahl getroffen
Bei vier Schlangenarten Selektion zu kleineren Kiefern → besonders giftige große Kröten können nicht mehr gefressen werden
Sechs von zehn Krokodilarten verschmähen mittlerweile AgaKröten
Auch Kröte passt sich an: Beine evolutionär verlängert → Wanderung geht schneller von statten (Zeit ist entscheidender Faktor, um Gegenspielern keine Möglichkeit der Anpassung zu lassen) → jede 10. auch krankhafte Wucherungen / Arthritis!
Ursprungsgebiet:
Adaption über lange Zeiträume
Einnischung in Ökosysteme
Fressfeinde vorhanden
Australien:
Bioinvasion
Zunächst keine Anpassung der heimischen Fauna
Druck führte allmählich zur Anpassung
3 zentrale Bestandteile bei Habitat
Lebensraum einer Art
aber: im Englischen bedeutet habitat = Habitat und Biotop
Nahrungs-, Eiablage-, Überwinterungshabitat
Allopatrisch/Sympatrisch
Speziationsmechanismen:
Allopatrisch (geographisch getrennt):
Bergketten / Berggipfel
Fluten
Inselbesiedlung
Sympatrisch (zusammen lebend):
Artbildung während des Zusammenlebens
Biozönosen
Individuen stehen miteinander direkt oder indirekt miteinander in Wechselwirkung
Biozönose besteht aus
Phytozönose (Pflanzengesellschaft) und Zoozönose (Tiergemeinschaft)
Lebensgemeinschaften aus Pflanzen und Tieren = Biozönose
r-Strategen
Rasche Individualentwicklung und geringe Körpergröße
Kurze Lebensspanne mit hoher Vermehrungsrate
Früher Fortpflanzungsbeginn, kurze Geburtenabstände, hohe Wurfgröße
Geringe elterliche Fürsorge
Kleines (leistungsschwächeres) Gehirn
(Eselsbrücke -> r = „rasch“)
Bedingungen, die eine r-Selektion begünstigen:
Umweltbedingungen (z. B. Klima) hochvariabel
Variable Sterblichkeitsverhältnisse, häufig katastrophale Populationsgrößeneinbrüche, häufig extreme Nachkommensterblichkeit
Mortalitätsfaktoren weitgehend unabhängig von der Populationsdichte
Populationsgröße extrem schwankend, selten die Kapazitätsgrenze des Lebensraumes erreichend
Möglichkeit der Neu- oder Wiederbesiedlung von Habitaten durch räumliche Ausbreitung („opportunistische Habitatnutzung“)
Beispiele:
Grasfrosch
Löwenzahn
Lärchenwickler
Prädator, Form des Überlebens
(Carnivore) töten und fressen ihre Beutetiere
„Echte“ Prädatoren töten und fressen ganz oder teilweise ihre Beutetiere,
Sonderfall: Kannibalismus →Nicht immer zur reinen Ernährung
Viele Spinnen-Weibchen fressen nach der Paarung das Männchen
Lemminge fressen die Jungen der Nachbarn
Schlangenadler: älteres Geschwister frisst das Junge
Schleiereule: kleinstes Junges wird oft gefressen
Löwen fressen Junge des fremden Männchens nach Rudelübernahme
Hechte und Barsche, auch andere Raubfische fressen Fischbrut und kleinere Artgenossen
(2.) Lotka-Volterra-Regel
Zweite Lotka-Volterra-Regel (Konstanz der Mittelwerte)
Die über genügend lange Zeiträume gemittelten Größen (Mittelwert) der Räuberbzw. Beutepopulation sind konstant
Die Größe der Mittelwerte hängt nur von den Wachstums- und Rückgangsraten der Populationen, nicht aber von den Anfangsbedingungen ab
Strategien der Beutegreifer
Jagdstrategien
Auflauern/Anlocken
Anpirschen
Verfolgen
-> Innerhalb der Arten Abstufungen
Beispiel
Löwen:
Beute muss nach 100 m geschlagen sein
Große Erschöpfung
Gefahr, dass Lauerjäger (z. B. Hyänen) ihm die Beute streitig machen
Löwinnen sind relativ langsam, kompensieren das durch Rudeljagd
Können gemeinsam auch größere Beutetiere überwältigen
Auch Beutegreifer nutzen Tarnung (Löwe)
aggressives Mimikry (z. B. Raubfliege Laphria) → imitieren Aussehen von Hummeln, ihrer Hauptbeute
Rüttelflug als Kombi aus Auflauern und Verfolgungsjagd
Bsp. Graufischer (Ceryle rudis), Turmfalke (Falco tinnunculus), Seeschwalbe (Sternula albifrons)
Bsp. Grüne Flussjungfer (Ophiogomphus cecilia)
Larve -> Lauerjäger
Imago -> Verfolgungsjäger
Evolutionär haben sich systematisch unabhängig voneinander gleiche Jagdstrategien entwickelt (ökologische Stellenäquivalenz), z. B. Gilde der „Lecker“
Definition für Symbiose in anderen Symbionten + Beispiel
Endosymbiose (einer der Symbionten wohnt im Körper des anderen)
Ektosymbiose (beide Symbionten leben außerhalb)
Mutualismus kein Akt der Freundlichkeit, jeder Partner versucht, das meiste dabei herauszuholen
Indiz dafür, dass Symbiose evolutionär aus Räuber-Beute- bzw. Wirt-ParasitBeziehungen entstanden ist
Beispiele
Zooxanthellen sind einzellige Algen, die 90 % ihrer Photosyntheseproduktion an den Polypen (der großen Sternkoralle) abgeben und von ihm dafür mit Stickstoff versorgt werden
Schutzmechanismen
Permanente & induzierte Schutzmechanismen
Flucht, Kampf, Schutzsuche, Schwarmbildung & nächtliche Lebensweise
Chemische Abwehr bei Tieren
Chemische Abwehr in Pflanzen induziert durch Fraß
Mechanische Abwehr (Stacheln, Dornen usw.)
Tarnung
Warnfarben (Aposematismus)
Mimikry (Bates & Müller)
Gehör
Totstellen (Thanatose)
Verbreitung von Samen durch Vogel, Säugetier, Insekt
Samen, die zu schwer für den Wind sind, werden durch Tiere verbreitet
Hohe Samenproduktion → viele werden gefressen, aber einige werden weit verbreitet und keimen
Vögel (z.B. Zedernseidenschwanz frisst rote Beeren der Ebereche und andere Samen, Nüsse)
Ameisen
Früchtefresser fressen nur das Fruchtfleisch und scheiden den Samen wieder aus, der danach keimt
Samenausbreitung durch Elaiosome
Elaiosome = nährstoffreiche Anhängsel
Samenausbreitung durch Eichhörnchen
Pflanze liefert Nahrung als „Lockmittel“, aber zahlreiche Samen gehen verloren oder werden nicht wiedergefunden
Samenausbreitung durch Zoochorie
Einjährige Martynie -> Nahrung für Affen und andere Tiere
Störungen
Zerstörung von Biomasse
Vorgang, der Ressourcen verfügbar macht
Umweltveränderung, an die Systeme nicht angepasst sind
Häufiges Phänomen auf kleineren Maßstabsebenen
Als Störung bezeichnet man ein bestimmtes Ereignis in der Zeit, das die Struktur und Funktion einer Lebensgemeinschaft reversibel oder irreversibel beeinflusst
Störung ist ein diskretes Ereignis in der Zeit, welches die Ressourcen-Verfügbarkeit oder die physikalische Umwelt beeinflusst und dadurch qualitative Veränderungen in einer Lebensgemeinschaft verursacht
Beispiele für Störungen (großflächig)
Feuer
Überschwemmung
Erdrutsch
Erdbeben
Definition Umweltschutz + Teilbereiche
Sammelbegriff für alle Bestrebungen und Maßnahmen, die natürlichen Lebensgrundlagen des Menschen zu erhalten
Teilbereich:
Schutz der Umweltmedien, nämlich den Schutz der Lebenselemente Boden, Wasser und Luft
Vorbeugung gegen Gefahren (z.B. Strahlenschutz, Chemikalien, Gentechnik, Pflanzenschutz, Abfälle, Lärm, Klimaveränderungen)
Schutz der belebten Umwelt (z.B. Naturschutz, Landschaftsschutz, Waldschutz)
„integrierter Umweltschutz“, bezeichnet Teilaspekte von Materien wie Gesundheitsschutz, technische Sicherheit, Arbeitsschutz
Grundgesetz für die Bundesrepublik Deutschland Art 20a:
„Der Staat schützt auch in Verantwortung für die künftigen Generationen die natürlichen Lebensgrundlagen und die Tiere im Rahmen der verfassungsmäßigen Ordnung durch die Gesetzgebung und nach Maßgabe von Gesetz und Recht durch die vollziehende Gewalt und die Rechtsprechung.“
Parameter Populationswachstum
Definition Biome
Durch Pflanzenformationen abgegrenzte Lebensgemeinschaften mit den in ihnen lebenden Tierarten und sonstigen Organismen.
Karte von Biomen zeigt Landgebiete, die von Pflanzen mit charakteristischen Ausprägungen (Wuchsform, Bau und physiologischen Prozessen) dominiert sind.
Zahl der Biome je nach Grad der Betrachtungstiefe unterschiedlich
Anpassung Pflanzen an mediterranes Klima
Klima durch große jahreszeitliche Unterschiede gekennzeichnet
lange Winter mit viel Regen (Lage in der Westwindzone, ca. 65 Prozent des Jahresniederschlags)
Trockene Sommer (Lage in der trockenen Passatzone) mit mindestens einem völlig trockenen Monat
In diesen Phasen besteht häufig die Gefahr von Bränden
Immergrüne Sträucher und Hartlaubgewächse herrschen vor
haben sich an das charakteristische Klima mit sommerlicher Trockenheit und kühleren und feuchten Wintern angepasst
Hohe Artenvielfalt und hohe Endemitenzahl
Wasserverlust während des heißen, trockenen Sommers wird vermindert durch:
kleine sklerophyllreiche Blätter
eine verdickte Cuticula
Drüsenhaare und Rollblätter mit tiefliegenden Spaltöffnungen
Speicherorgane und ausgeprägte Wurzelsysteme
Viele Arten sind auch reich an ätherischen Ölen
Rosmarin (Rosmarinus officinalis)
Thymian (Thymus)
Lavendel (Lavandula)
Wacholderarten (Juniperus)
Zistrosen (Cistus)
Biom Grasland
Prärie, Steppen, Puszta, Pampa, Baragan, Grassveld
durch moderate Niederschläge und nährstoffreiche Böden geprägte Prärie Nordamerikas
die Pampa Südamerikas mit hochwüchsigen Gräsern
durch niedrigwüchsige Gräser gekennzeichnete Steppe Eurasiens, typisch für stärker semiaride Bedingungen
Große Teile dieses natürlichen Graslands wurden in Kultur genommen
durch ackerbaulich genutztes, annuelles „Grasland“ aus Weizen, Hafer, Gerste, Roggen und Mais ersetzt
Annuellen Gräser der gemäßigten Breiten stellen die Hauptnahrung für die menschlichen Populationen weltweit
zusammen mit Reis in den Tropen
Starke Zunahme der Weltbevölkerung nur durch die Domestikation von Gräsern für die menschliche Ernährung und als Futter für Haustiere möglich
Von allen Biomen dasjenige, das von Menschen am stärksten begehrt, genutzt und verändert wurde
Primärproduktion/Sekundärproduktion
Primärproduktivität
Bruttoprimärproduktivität (BPP) = gesamte Fixierung von Energie durch Fotosynthese; ein Teil geht durch Atmung als respiratorische Wärme (R) verloren
Nettoprimärproduktion (NPP) = Different zwischen BPP und R, tatsächliche Produktionsrate neuer Biomasse
Sekundärproduktivität (Rate der Biomasseproduktion durch heterotrophe Lebewesen)
NPP hängt ab von Klima, Vegetationsperiode, Nährstoffen, im aquatischen Bereich von Temperatur, Licht und Nährstoffmenge
Energieverluste innerhalb der Biomasse durch Weitergabe an nächste trophische Ebene; Primärproduzenten erzeugen viel Energie, bei Sekundär- oder Tertiärkonsumenten kommt davon nur ein Bruchteil an.
Zersetzungsrate ist abhängig von der Eignung des pflanzlichen Materials als Nahrungsquelle und den Umweltbedingungen
Zersetzung im Wald in Bodenschicht, im Wasser in Bodensedimenten
Phosphorkreislauf
Phosphorkreislauf (durch Gesteinsverwitterung freigesetzt, kursiert dann über unbestimmten Zeitraum in terrestrischer Lebensgemeinschaft, wird über Grundwasser in Ozean transportiert)
Mosaik-Zyklus-Konzept
Vielfältige Einflüsse auf die Klimabedingungen der Erdoberfläche
Lassen ein Mosaik trockener, feuchter, kalter und warmer Klimate entstehen
In den einzelnen Teilen dieses Mosaiks bildeten sich spezifische terrestrische Assoziationen aus Vegetation und Tieren
Definition Permafrost + Zusammenhang Klimawandel
Dauerfrostboden
ein Untergrund, dessen Temperatur für mindestens zwei Jahre ununterbrochen (perennierend) unter 0 °C liegt
Wenn der Permafrost taut, werden Mikroorganismen aktiv und verwandeln im Boden gespeicherte Kohlenstoffverbindungen in Methan, Wasserdampf und Kohlendioxid, die den Treibhauseffekt verstärken. Im Zuge einer Erwärmung wird die südliche Ausbreitungsgrenze des Permafrostes nach Norden zurückweichen
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