Biologie (Subject) / Ökologie (Lesson)

Grundlagen und Fachbegriffe Anpassung von Lebewesen an Umgebung und Temperatur

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• Ökologie Wissenschaft von den Wechselbeziehungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt
• Population alle Individuen einer Fortpflanzungsgemeinschaft in einem Lebensraum
• Biozönose alle Populationen/Organismen in einem abgrenzbaren Lebensraum; sind durch vielseitige Wechselwirkungen miteinander verknüpft
• Biotop räumlich abgrenzbarer Lebensraum, durch abiotische Faktoren charakterisiert
• Biosphäre Gesamtheit aller Ökosysteme auf der Erde
• intraspezifische Konkurrenz Konkurrenz zwischen Individuen derselben Art
• interspezifische Konkurrenz Konkurrenz zwischen Individuen unterschiedlicher Arten
• stenopotente Art Art mit einem engen Toleranzbereich gegenüber einem Umweltfaktor
• eurypotente Art Art mit einem weiten Toleranzbereich gegenüber einem Umweltfaktor
• stenöke Art enge Toleranz gegenüber sehr vielen Umweltfaktoren
• euryöke Art weite Toleranz gegenüber sehr vielen Umweltfaktoren
• oligopotent geringe Intensität des Umweltfaktors wird bevorzugt
• mesopotent mittlere Intensität des Umweltfaktors wird bevorzugt
• polypotent hohe Intensität des Umweltfaktors wird bevorzugt
• autökologische/physiologische Potenz durch genetische Einflüsse bestimmt, Fähigkeit unter idealen Bedingungen (keine Konkurrenz, keine Feinde ...)
• synökologische/ökologische Potenz Präferenzbereiche, Optima unter Konkurrenz- und Feindeinfluss
• Das Liebigsche Minimumgesetz Der Erfolg einer Art wird stets durch den abiotischen Faktoren begrenzt, der am ungünstigsten vorhanden ist.
• Bergmann´sche Regel/1.Klimaregel besagt, dass bei endothermen, homiothermen Tieren die Individuen nah verwandter Arten oder Rassen in kälteren Klimaten durchschnittlich größer sind, als die in wärmeren Zonen
• Begründung der Bergmann´schen Regel größere Körper kühlen pro Volumeneinheit langsamer aus als kleinere -> mehr Zellen zur Wärmeproduktion ->größere Körperoberfläche, größere Wärmeabgabe Mit zuehmender Größe eines körprs steigt sein Volumen stärker (mit 3. Potenz) als seine Oberfläche (mit 2.Potenz) Bei geometrisch ähnlichen Körpern weist derjenige den geringeren Wärmeverlust auf, der relativ zur Körperoberfläche das größere (stoffwechselaktive) Körpervolumen besitzt.
• Allensche Regel/ 2.Klimaregel Körperanhänge sind bei Säugetieren kalter Zonen verhältnismäßig kleiner, bei Verwandten aus warmen Gebieten dagegen groß, da sie besonders viel Wärme an die Umgebung abgeben Beispiele für Körperanhänge: Ohren, Schwanz, Gliedmaßen für Tiere: Elefanten, Eselhasen
• poikilotherme/wechselwarme Tiere Reptilien, Insekten, Amphibien -1. Körpertemperatur stark von Umgebungstemperatur abhängig -> mit steigender Körpertemperatur steigende physiologische Aktivitäten bis Hitzestarre o. Hitzetod -> mit sinkender Temperatur zunehmende Inaktivitätbis Kätestarrre o. Kältetod - RGT-Regel: Temperatursteigerung um 10 Grad C Beschleunigung der Lebensprozesse um das 2- bis 3-fache - größte Energieaufnahme durch Sonnenstrahlen, keine Nahrungsaufnahme in kalten Jahreszeiten - geographische Verbreitung stark temperaturabhängig -> Regulierung der Körpertemperatur: 1. gezielte Nutzung von sonnigen und schattigen Plätzen; 2. Verdichtung zu Knäueln und gegenseitiges Wärmen (bestimmte Schlangenarten); 3. Muskelzittern zur Wärmeerzeugung und Flügelschlagen zur Abkühlung (staatenbildende Insekten) - Stoffwechselrate im Vergleich zu homiothermen meist niedriger, da geringerer Bedarf an Energiezufuhr und so weniger Nahrung benötigt
• Poikilotherme Tiere: Vor- und Nachteile Pro: - weniger Energieaufnahme durch weniger Energieverbrauch - Aktivität nur bei idealen Temperaturen - keine Nahrungssuche im Winter benötigt - keine Reserven nötig Contra: - Inaktivität bei Kälte - nur bestimmte Gebiete mit günstigen Temperaturen bewohnbar - leichte Beute bei ungünstigen Temperaturen
• homoiotherme/gleichwarme Tiere - Körpertemperatur weitgehend unabhängig von Außentemperatur (lange konstant) - Energie für Aufrechterhaltung der Körpertemperatur stammt aus Nahrung (Stoffwechselenergie) - fallende Körpertemperatur: Erhöhung der Stoffwechselaktivität zur Wärmeproduktion - Regulation: Schwitzen, Muskelzittern, Weitung der Hauptkapillaren (verringerte/erhöhte Wärmeabgabe) - Schutz vor Wärmeverlust: Fell, Federn, Fettschichten - im Vergleich zu wechselwarmen höhere Stoffwechselrate: hoher Bedarf an Energiezufuhr: viel Nahrungsaufnahme - neue ökologische Nischen durch nächtliche Jagd, Besiedlung kälterer Regionen möglich
• Homoiotherme/gleichwarme Tiere: Vor- und Nachteile Vorteile: Aktivität bei kälteren Temperaturen auch kalte Regionen bewohnbar breites Aktivitätsspektrum Nachteile: sehr hoher Energieverbrauch viele Überlebensstrategien notwendig (Zug der Vögel in wärmere Gebiete, Winterschlaf, Winterruhe, Wärmeisolierung, ...)
• Anpassung von Pflanzen an hohe Temperaturen - geringes Oberflächen-Volumen-Verhältnis - Schutz durch Haare, Dornen, Cuticula (z. B. Reflexion der Sonne, Schutz vor zu großer Transpiration) - Reflexion der Sonnenanstrahlung - Abschirmung gegen die Strahlung durch Vertikalstellung der Blätter - Kühlung durch Transpiration (bei nicht eingeschränkter Wasserverfügbarkeit)
• Anpassung von Pflanzen an niedrige Temperaturen - Abschirmung von Frost durch Wärmeisolation und verringerung der Wärmeabstrahlung (Überwinterungsorgane unter Laubdecke oder Erde) - Zunahme der Kälteresistenz bei Überdauerungsknospen durch Erhöhung der Stabilität der Biomembranen, Erhöhung der Viskosität des Cytoplasmas; starker Anstieg der Zuckerkonzentration im Cytoplasma - Gefrierverhinderung durch Frostschutzproteine (Hydrophile Proteine binden sich irreversibel an Eiskristalle und verhindern so deren weiteres Wachstum) - Einstellen des Wachstums während der Kälteperiode (bei verholzten Pflanzen)
• Wasseraufnahme DURCH: Kapillarkräfte: Adhäsion (Wasser "zieht sich an Gefäßwänden hoch"/heftet sich an Gefäßwände) und Rohäsion (Moleküle ziehen sich gegenseitig an -> H2O-Säure) Transpirationssog: Verdunstung von Wasser über die Spaltöffnungen im Blatt und Schweißabsonderung über Schweißdrüsen Wurzeldruck:- aktiver Transport von ionen in die Zellen des Xylems -> Senkung des Wasserpotenzials im Xylem; - Wasser strömt ein; - Wasser wird nach oben gedrückt
• Cuticula - Wachschicht - verhindert Verdunsten von Wasser und Gasverlust
• Epidermis - stabilisiert - schützt vor außeneinflüssen (außer Licht)
• Palisadengewebe Fotosynthese (viele Chloroplasten)
• Schwammgewebe - Gasaustausch - Wasserspeicher in Interzelluaren (Wasserdampf!)
• Schließzellen/Spaltöffnungen Regulation der Wasserabgabe und des Gasaustauschs
• Wasserpflanzen/Hydrophyten - unter Wasser und teilweise auf Wasseroberfläche - Blätter: über Wasser; große Oberfläche; fein zerteilt - Cuticula: im Wasser nicht vorhanden; über Wasser leicht zum Verdunstungsschutz - Epidermis: dünnwändig - Erynchym: ersetzt Palisaden- und Schwammparenchym; ist ein Luftgewebe (Blätter werden über Wasser gehalten) - Spaltöffnungen: auf Blattoberseite da Unterseite unter Wasser (Stoffabgabe schlecht möglich) - kein Festigungsgewebe, verholzter Stamm - schwaches Leitgewebesystem - Aufnahme von Mineralien über gesamte Oberfläche
• Feuchtpflanzen/Hygrophyten - schattige Laubwälder, Sümpfe, Uferzonen, tropische Regenwälder - Blätter: groß (höhere Transpiration und bessere Fotosynthese, v. a. im Regenwald, wo unten kaum mehr Licht ankommt) - Cuticula: dünn (zur höheren Transpiration) - Epidermis: dünn mit Trichomen (lebende Haare zur Oberflächenvergrößerung) - Palisadenparenchym: einschichtig - Schwammparenchym: große Interzelluaren - Spaltöffnungen: ragen über Blattoberfläche (Transpirationserhöhung) - Wurzelsystem: schwach ausgebildet - Guttation: Wasserausscheidung in Tropfenform mithilfe von Hydathoden (Wasserspalten)
• Mittelfeuchtpflanzen/Mesophyten - Ufergebiete, Regionen mit wechselnder Regen- und Trockenzeit - Blätter: Abzission (Abwurf) - Cuticula: mäßig dick - Epidermis und Palisadengewebe: einschichtig - Spaltöffnungen: Blattunterseite - Wurzelsystem: tief; ausgeprägt; dient zur Festigung - massive Rindenausbildung zum Schutz vor Wasserverlust - Verholzung zur Stabilisierung
• Trockenpflanzen/Xerophyten - in Steppen und Halbwüsten - Blätter: klein (verkleinerte Oberfläche) oder Rückbildung (Dornen, auch zum Schutz vor Fressfeinden); können sich einrollen, damit Wasser nicht von wind von Spalten abgetragen wird - Cuticula: sehr dick (Wasserverlust muss weitestgehend verhindert werden!) - Epidemis: mehrschichtig - Palisadenparenchym: viele Chloroplasten (Fotosynthese) - Schwammparenchym: sehr ausgeprägt; Speicherung von Wasserdampf in Interzelluaren - Spaltöffnungen: an unterer Epidermis, durch Härchen geschützt (sonst höhere Transpiration durch Wind und so höherer Wasserverbrauch) - Wurzelsystem: großflächig (jede mögliche Wasserquelle muss erreicht werden) - C02-Aufnahme bei Nacht (Öffnen der Spaltöffnungen, wenn eine nicht so hohe Verdunstungswahrscheinlichkeit besteht) - Sukkulente (z.B. besonders kleine und fleischige Blätter zur Wasserspeicherung, können aber auch Wurzeln oder Stamm sein) -
• Die Bedeutung des Umweltfaktors Wasser - alle Lebensvorgänge laufen nur in wässriger Lösung ab - häufigstes Molekül bei Lebewesen - 2/3 der Erdoberfläche: wichtige Lebensräume (Salz- und Süßwasser) - sehr gutes Lösemittel: Transport von Stoffen in gelöster Form z. B. Salze, Säuren, Zucker - Schutz vor Überhitzung bei Tieren und Pflanzen durch Verdampfungswärme - hohe Dichte und Viskosität ermöglicht Existenz von Plankton und Tragen von Lebewesen z.B. Säugetieren wie Wale - Dichteanomalie: wenn Seen zufrieren, beträgt Grundtemperatur nicht weniger als 4 Grad - hohe spezifische Wärmekapazität: relativ ausgeglichene Temperaturverhältnisse in Gewässern - Oberflächenspannung sorgt dafür, dass einige Lebewesen auf Wasseroberfläche gehen können (Wasserläufer)
• Evaporation Verdunstung von Wasser aus dem Boden und über den Flächen von Gewässern
• Winterschlaf - drastische Senkung der Körpertemperatur (teilweise bis auf 0 Grad) und des Blutdrucks - Verlangsamung der Atmung, des Herzschlags und des Blutumlaufs - Aufrechterhaltung des Stoffwechsels durch Fettreserven - nur kleine homoiotherme Tiere
• Winterruhe - Aktivität wird auf ein Minimum heruntergefahren - Absenkung der Körpertemperatur um nur wenig Grad - Aufwachen zur Nahrungsaufnahme

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