Autor:
Bastian Eickmann

Klausurthema :

Ökologie

Alle Lebewesen auf der Erde stehen in gewisser Beziehung ( fressen und gefressen werden) zu anderen Artgenossen. Diese Beziehungen werden auch abiotische Faktoren genannt. Abiotische Faktoren bestimmen die spezifischen Eigenschaften des Lebensraumes, sie charakterisieren den Biotop des spezifischen Lebewesens. Die Gesamtheit der in einem Biotop lebenden Organismen bildet eine Lebensgemeinschaft, eine Biozönose.

Während abiotische Faktoren einseitig fungieren, führen biotische Faktoren zu einer Wechselbeziehung.

1) die ökologische Potenz

Jedes Tier auf dieser Erde hat einen sog. Vorzugsbereich, in dem es sich aufhält. Die günstige Temperatur ist dabei das Optimum für die untersuchte Organismenart. Die Grenzen dieses Vorzugsbereiches werden Maximum und Minimum genannt. Sie begrenzen den Toleranzbereich. Der von einer Organismenart tolerierte Bereich kann sehr unterschiedlich sein. Arten mit engen Toleranzbereich werden als stenopotent ( bzw stenöke) bezeichnet. Arten, die große Schwankungen eines Umwelteinflusses ertragen, sind dagegen eurypotent (bzw euryöke). Sie haben in der Regel große Verbreitungsgebiete.
Das sogenannte Minimumgesetz, oder Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren, besagt, dass die Häufigkeit einer Art von dem Einflussfaktor bestimmt wird, der am weitesten vom Optimum entfernt ist.

2) Umweltfaktor Temperatur

Bei der Untersuchung des Temperaturfaktors muß erst zwischen wechselwarm und gleichwarm unterschieden werden. Bei wechselwarmen Organismen ( Fische, Amphibien, Reptilien) hängt die Eigentemperatur von der Umgebunstemperatur ab. Innerhalb des Toleranzbereiches beobachtet man, dass die Lebensprozesse bei einer Temperatur erhöhung um 10 Grad um das dreifache beschleunigt werden. man spricht hier von der Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel (RGT-Regel). Die erklärt warum Eidechsen erst in der Mittagszeit ihre volle Aktivität erreichen.

Kennzeichen: Wechselwarm

Überträgt man die Temperaturkurve in ein Diagram, in dem auf der y-Achse die Intensität der Lebensvorgänge beschrieben steht, so erkennt man schnell, dass der Toleranzbereich sehr gering ist und schnell Maximum oder Minimum erreicht sind. Der eigentliche Lebensbereich geht jedoch über diese Kurve der Lebensaktivität hinaus, denn zwischen Ende der Optimumskurve und Eintreten des Kälte- bzw Hitzetod liegt eine spezifische temperaturstarre, die das Überwintern erleichtert. Dieser Zustand wird reversible Kältestarre bzw Wärmestarre genannt. Sinkt die Körpertemperatur zu stark so kommt es zum Kältetod. Dieser sehr schnell, da die Abkühlung nicht proportional ist, siehe RGT-Regel.

Gleichwarm-

Bei dieser Kurve ist der Toleranzbereich recht groß, also euryöke. Es handelt sich um ein sehr ausgedehntes Optimum. Wird dieses jedochunter bzw. überschritten kommt es sehr schnell zum Kältetod. Kältstarre und Wärmestarre gibt es hier nicht. Ein gleichwarmer Organismus gerät in eine Verklammung, wenn die Temperaturkurve unter das Minimum kommt. Die Wärmestarre ist jedoch auch bei einem gleichwarmen Organismus erreicht, wenn das Maximum überschritten wird.
damit diese Lebewesen ihre Körpertemperatur konstant halten ist ein großer Energieverbrauch notwendig. Gleichwarme Tiere halten Winterschlaf, aber keine Winterstarre, denn sinkt die Körpertemperatur zu stark so kommt es zu starker Muskelkotaktion. Dadurch wird kurzfristig Wärme produziert. Eine andere Art des Überwinterns wenden Bären an; sie halten Winterruhe, denn so können sie zwischendurch Nahrung suchen.

Klimaregeln: Beobachtung von gleichwarmen Lebewesen

Bergmannsche Regel: Individuen einer Art sind in kalten Regionen größer, als in warmen Regionen. Begründung: Für die Wärmeabgabe ist die Oberfläche maßgebend. Der Stoffwechsel und damit die Wärmeproduktion ist vom Volumen abhängig. Bei Größezunahme steigt das Volumen in der dritten Potenz, die Oberfläche aber nur im Quadrat. das Volumen steigt also nicht proportional zur Oberfläche.

Allensche Regel: Die Körperanhänge, wie Ohren und Schwänze sind in Kaltgebieten kürzer entwickelt als bei verwandten Arten in wärmeren Gebieten.

3) Umweltfaktor Wasser

Osmoregulation:

Durch die Fähigkeit der Osmoregulation können Fische sowohl des Süßwassers als auch der Meere die Konzentration ihrer Körperflüssigkeit auf einen konstanten Wert halten.

Meerwasserfisch:

Bei einem Meerwasserfisch ist die Körperflüssigkeit gegenüber dem Meerwasser hypoosmotisch. Das bedeutet, dass das den Fisch umgebende Medium (Meerwasser) eine höhere Salzkonzentration besitzt als die Körperflüssigkeit des Fisches. Wegen des Konzentrationsgefälles, also wegen der Höheren Konzentration an Wassermolekühlen im Fisch, verliert dieser Fisch ständig Wasser durch Osmose. Deshalb nimmt der Meerwasserfisch viel Salzwasser auf, um den Wasserverlust auszugleichen, doch dies führt zu einer Salzüberschuss im Fisch. (aktive Vorgänge: Salzwasseraufnahme, Salzabgabe über Kiemen/ passive (osmotische) Vorgänge: Wasserabgabe über Kiemen, Abgabe über Nieren)

Süßwasserfisch:

Bei den Süßwasserfischen ist die Salzkonzentration im Fisch selber höher, als die des umgebenden Mediums. Das Wasser ist hypoosmotisch bzw der Fisch ist hyperosmotisch. es kommt zu einem Wassereinstrom, der durch eine übermäßige Harnfunktion ausgeglichen wird. Er scheidet also große Mengen wasser, die osmotisch in den Fisch diffundiert sind, durch die Nieren aus.
(aktive Vorgänge: Salzaufnahme / passiver (osmotischer) vorgang: Wasseraufnahme)

Brackwasserfische:

Brackwasserfisch leben in Delta, also in Einmündungen von Flüssen in das Meer. Lebensbedingungen sind natürlich schon wegen ständig wechselnder Salzkonzentration sehr schwierig.

Wasserhaushalt bei Pflanzen

1) Aufbau einer Pflanze

Spaltöffnungen:

Die mit Chloroplasten angereicherten Spalteöffnungen betreiben Photosynthese zur Öffnung der Lamellen, denn durch Photosynthese wird Glucose und damit eine höhere Konzentration in den Spaltöffnungen erzeug. Wasser diffundiert nun osmotisch in die Zellen und durch die Ausdehnung drücken sich die Spalten gegenseitig auseinander.

Arten von Pflanzen:

• Xerophyten (Trockenpflanzen) leben in trockenen Regionen. Sie besitzen kleine dicke Blätter mit versenkten Spaltöffnungen und Lamellen davor, die Dazu führen die osmotische Abgabe zu reduzieren, in dem das Konzentrationsgefälle reduziert wird. -Luftfeuchtigkeit vor den Spaltöffnungen ist höher
   
• Tropophythen (verwandlungsfähige Pflanzen) Diese Pflanzenart kann sich an Jahreszeiten anpassen.
   
• Hygrophyten ( feutigkeitspflanzen) Sind in tropischen Regenwäldern zu finden Um die Wasserabgabe zu erleichtern haben sie große, dünne Blätter mit vielen Spaltöffnungen. Vergrößerte Oberfläche durch Zacken und außgewölbte Spaltöffnungen, damit die Luft das Wasser besser abnehmen kann. De Grund warum diese Pflanzen so viel verdundten wollen ist, dass dieser Vorgang ein passiver ist, d. h. sie können nur so viel Nährsalze gelöst in Wasser aufnehmen, wie sie durch Verdunstung abgeben können.
   
• Hydrophyten (Wasserpflanzen) Können Salze über Körperoberfläche aufnehmen. Spaltöffnungen auf der Oberseite.

Ökosystem See

1) Unterteilung eines Sees in Teilabschnitte

• erlen- Weiden- Zone
• Schilfzone
• Schwimm-Blatt-Pflanzen-Zone ( Spaltöffnungen auf der Oberseite)
• Unterwasserpflanzen-Zone

Diese vier ersten Zonen werden auch zusammengefaß Uferzone ( Litoral) genannt

Bodenzone (Bental)

• Nährschicht( Epilimnion)
• Sprungschicht( metalimnion)
• Zährschicht( Hypolimnion)
• Tiefenbodenzone ( Profundal)
• Diese fünf letzten Zonen werden zusammen auch Freiwasserzone (Pelagial) genannt

Zirkulationsbewegung im See:

Wasser Hat bei 4 Grad seine größte Dicht. Sowohl kälteres als auch wärmeres Wasser haben eine geringere Dichte und sind somit leichter. Man spricht von der sogenannten Dichteanomalie des Wassers. Wasser hat zusätzlich eine hohe spezifische Wärmekapazität und eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Wärme wird also im Wasser in erster Linie durch Bewegungen transportiert

•  Sommerstagnation: Die Sonne scheint auf die Oberfläche des Sees und das Oberflächenwasser erwärmt sich und wird leichter und liegt somit über der kalten schweren Wasserschicht. Mist man den Temperaturabfall im Wasser, bezüglich der Tiefe, so wird deutlich, dass das Wasser nicht konstant kälter wird, sondern der größte Temperaturabfall ereignet sich in der Schmalen Sprungschicht. Es haben sich Temperaturschichten entwickelt, die so fest sind, dass es zu Keinem Austausch zwischen Oberflächenwasser und Tiefenwasser kommt. Dies ist die Sommerstagnation. Die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht bedingen während der Sommerstagnation Umwälzungen in den oberen Schichten, sodass es hier zu weitgehend ausgeglichenen Temperatur- , Gas- Und Nährstoffverhältnissen kommt.
   
• Vollzirkulation: Kühlt sich das Oberflächenwasser im Herbst ab, oder Erwährt sich das Oberflächenwasser im Frühling auf 4 grad, so kommt es in beiden Fällen dazu, dass das Oberwasser schwere wird und eine Zirkulation einsetzt. Bei dem eintretenden Vollzirkulation kommt es zu einem Austausch von sauerstoffreichem, kohlenstoffdioxid- und nährstoffarmen Oberflächenwasser und dem sauerstoffarmen, kohlenstoffdioxid- und nährstoffreichen Tiefenwasser.
   
• Winterstagnation: Während der Winterzeit hat das Tiefenwasser eine maximale Temperatur von 4 Grad und kann deshalb nicht frieren und bietet gleichzeitig Überlebensschutz für Fische. Die obere Eisschicht ist aufgrund der Dichte leichter als das Tiefenwasser

Zersetzungskreislauf in einem See

Die Sonne ist Ausgangspunkt allen Lebens, denn sie dient als Energienquell für die autotrophen Organismen, also Lebewesen wie Pflanzen, die mit Hilfe der Sonne energiereiche Verbindungen aufbauen können( Produzenten). das licht, das bei der Photosynthese absorbiert wird gelangt in Form von Energie, durch die Umwandlung in chemische Reaktionen, in den Traubenzucker.

Diese autotrophen Organismen werden auch Produzenten genannt, da sie durch die Hilfe der Photosynthese Sauerstoff und Glucose erzeugen. Dieses Entstehungsprodukt dient gleichzeitig als Nährung für die heterotrophe Organismen. Dies sind Organismen, die sich nicht selbst ernähren können, in dem sie selber energiereiche Verbindungen aufbauen. Auch der Mensch gehört zu dieser Gattung. Unterteilen kann man die Gruppe der heterotrophen in 1) Pflanzenfresser, dann 2) Fleischfresser und zuletzt als Konsument dritter Ordnung, also als fleischfressender Fleischfresser (Mensch).

Die letzt Gruppe des Kreislaufes sind die Destruenten (Reduzenten). Diese zersetzen letztendlich die toten organischen Substanzen.
In einem Ökosystem könnte man die Konsumenten ausschließen ohne das System zu zerstören.

Oligothrophe und eutrophe Seen

• Oligotroph (gering): diese Seen (Alpenseen) besitzen in der Regel ein tiefes Becken und eine schmale Uferbank mit geringen Bewuchs. das Wasser ist arm an Pflanzennährstoffen, sodass die Produktion in der Nährschicht (Epilimnion) des Sees so gering ist, dass sie in der größeren Zehrschicht (Hypolimnion) des Sees wieder vollständig mineralisiert wird.. Die Sauerstoffzehrung ist in der Tiefe durch bakterielle Abbauprozesse gering. Der See enthält kaum organischen Schlamm. Man kann davon ausgehen, dass der oligotrophe See sehr jung ist und das jener See sich im Laufe der Zeit zu einem eutrophen See entwickeln wird.
   
• Eutroph ( eu - viel): Dieser See hat ein sehr flaches Becken und eine breite Uferbank mit einer Verlandungszone.. Das Wasser ist reich an Nährsalzen. In der nährsalzreichen Zone des Ufers (Litorial) und des freien Wassers (Pelagial) ist die Produktion so groß, dass sie in der Zehrschicht (Hypolimnion) nicht ganz abgebaut werden kann. In diesen Seen kann der Sauerstoffgehalt in der Stagnationsperiode mit zunehmender Tiefe fast verbraucht werden. Dies liegt jedoch auch daran, dass in der Sommerzeit nur sehr wenig Sauerstoff im Tiefwasser produziert wird, da kaum noch Licht in tiefere Regionen vordringt. Die organische Substanzen, die auf den Boden gesunken sind, können dann nicht mehr vollständig mineralisiert werden. Es kommt zu einer Schlammschicht, die reich an organischen Material ist. Das Problem dieses Sees ist, dass wegen der hohen Nährsalzkonzentration die Produktion auch sehr hoch ist und damit auch der Sauerstoffverbrauch, so folgt, dass im unteren Teil kaum noch sauerstoff vorhanden ist.
   
• Hypertroph: Diese Seen sind entspringen aus der Entwicklung der oligitrophen Seen. Es herrscht eine maximale Algenkonzentration an der Oberfläche vor und es dringt kaum noch Licht in tiefere Regionen. Der Trübungsgrad ist enorm hoch, da der Lebensraum für Algen sehr klein ist.

Zusatz: Je wärmer das Wasser, desto weniger Gase können gebunden werden. Dies führt zu einem großen Problem, denn je wärmer es ist, desto aktiver werden die wechselwarmen Organismen und brauchen damit sehr viel Sauerstoff