Biologie (Subject) / Ökologie (Lesson)

Vorlesung WS 12/13

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• Ökologie ist eine Wissenschaft, erfüllt also welche Eigenschaften? Empirisch - Experimentell - Theorie- und hypothesengeleitet
• Welche zwei Umwelteigenschaften bestimmen, wo Organismen existieren können? Umweltfaktoren - Physikalisch- chemische Eigenschaften der Umwelt (Temperatur, Feuchte, osmotischer Wert, pH- Wert, ...) werden von Lebewesen NICHT verbraucht Ressourcen - werden von Lebewesen im Verlauf von Wachstum und Reproduktion verbraucht (z.B. werden bei Photosynthese Sonnenstrahlung, CO2, H2O und Mineralstoffe verbraucht)
• Biozönose Lebensgemeinschaft (Begriff stammt von Karl August Möbius)
• Strömungsschutz durch Abflachung (Strudelwurm, Eintagsfliegenlarve, Köcherfliegenlarve) durch Anheftung (Hakenkäfer, Saugnapf der Lidmückenlarve, Flussnapfschnecke) durch Verstecken (meinden von Strömungsbereichen, geringe Körpergröße)
• abiotische und biotische Komponenten für Landtiere abiotisch: Wärmehaushalt, Wasserhaushalt, Licht, Physikalische Faktoren (Druck von Wasser und Luft, Strömung, Oberflächenspannung, Elektromagnetismus, Radioaktivität), Chemische Faktoren (Salzgehalt, Feuer,...) biotisch: Nahrung, Feinde,...
• Strategien der Endothermen zur Überwindung von Engpässen Winterschlaf - Köpertemperatur wird der Umgebungstmperatur angepaßt, Letaltemperatur herabgesetzt. ab <4°C setzten Regelungsvorgänge ein. wird unterbrochen (längste Schlafdauer 114 Tage beim Siebenschläfer), hierzu gehört auch Kältelethargie der Fledermäuse. Winterruhe- tiefer Ruheschlaf ohne Herabsetzten der Körpertemperatur Torpor/ Torpidität- schlafähnlicher Starrezustand bein einigen Vogelarten und Fledermäusen durch pessimale Bedingungen verursacht, steuerbar und reversibel, Stoffwechsel erheblich abgesenkt
• Strategien der Exothermen zur Überwindung von Engpässen: Diapause- endogeb programmierte Ruhepause mit hormoneler Umstimmung, fast alle Insekten, die nicht im Eisstadium überwintern Quieszens- Kältestarre, völlig temperaturabhängig, Stoffwechsel folgt direkt der RGT- Regel Anabiose- der Stoffwechsel kommt praktisch zum Erliegen, ermöglicht das Überdauern in extrem lebensfeindlicher Umgebung, nur bei niederen Tieren
• Wasserhaushalt bei Tieren Wassergewinnung - Trinken - durch die Haut (Wasser, Wasserdampf) - Nahrung - Oxidation der Nahrung Wasserverlust - Transpiration - Exkretion
• Strategien gegen Wasserverlust hohe Konzentration des Harns (Wüstenspringmaus,...) angepasstes Verhalten (Graswanzen in Grünland) Veränderung der Entwicklungsdauer (Rüsselkäfer)    
• Bedeutung von Licht Stoffwechselprozesse (Vitamine, Hormonhaushalt, Pigmentierung) Ausbildung von Sinneszellen (u.a. Orientierung) Zellschädigung/ Lichttod Lichtproduktion durch Tiere/ Biolumineszenz (Leuchtkäfer, Tiefseefische) Licht als Zeitgeber (Schmetterlinge richten ihren Entwicklungszyklus nach Tageslänge aus)  
• Ernährungsformen- Biophagen Phytophage - Pflanzenfresser (Xylophage- Holzfresser, Phyllophage- Blätterfresser, Lichenophage- Flechtenfresser,...) Zoophage - Fleischfresser (Entomophage=Insectivore- Insektenfresser, Ornitophage- Vogelfresser,...) Nekrophage - Aasfresser (Koprophage- Kot-/Mistfresser, Saprophage- fressen totes pflanzliches Material,...)
• Faktoren des Nahrungserwerbs Finden/ Aufsuchen der Nahrung (z.B. durch gutes Blickfeld) Auswahl der Nahrung Bearbeiten der Nahrung (spezifische Zähne) Verdauen der Nahrung (spezifische Verdauungssysteme)    
• Metapopulation besteht aus lokal abgrenzbaren Teilpopulationen, unter denen ein geringfügiger Individuenaustausch stattfindet.
• Strukturelemente von Populationen Formale Elemente (Bestandsgröße, Bestandsdichte- Abundanz, Verteilung- Dispersion, Altersaufbau- Ätilität, Geschlechterverhältnis- Sexilität, Habitus, Gesundheitszustand- Morbidität) Funktionelle Elemente (Verhalten, Konstitution, Fruchtbarkeit- Fertilität, Sterblichkeit- Mortalität)
• unterschiedliche Verteilung/ Dispersion äqual- gleichmäßig inäqual- ungleichmäßiger kumular- ungleichmäßig insular- stark ungleichmäßig  
• Wann kann es beispielsweise zu äqualer oder inäqualer Verteilung von Individuen einer Population kommen? Flamingos: äqual, ebenes Gelände Möwen: inäqual, brüten an Steilküste
• Veränderung der Verteilung durch Ortswechsel Änderung der Umweltbedingungen Änderung des Sozialverhaltens Fortpflanzung und Sterbefälle  
• Generationenfolgen uniätil (viele Insektenarten- es ist nur eine Altersklasse vorhanden) pluriätil (fast alle Wirbeltiere- es sind mehrere Altersklassen vorhanden) univoltin (es gibt nur eine Generation im Jahr, d.h. nur einmal findet Fortpflanzung statt) bivoltin (es gibt zwei Generationen im Jahr, also zweifache Fortpflanzung) polyvoltin (es gibt mehrere Generationen mit Fortpflanzung pro Jahr)
• Definitionen von Reproduktion Nachkommen in einer Population pro Zeiteinheit und - Fertilität: bezogen auf alle Individuen - Natalität: bezogen auf (alle) Weibchen - Fekundität: bezogen auf eine definierte Teilpopulation
• Kapazität maximal mögliche Populationsgröße
• Ökologische Nische Gesamtheit aller Umweltfaktoren, n- dimensionaler Raum Fundamentale Nische: Wachstum& Überleben bestimmt durch abiotische Umweltfaktoren und Ressourcen Realisierte Nische: Wachstum& Überleben einer Art zusätzlich durch Konkurrenz eingeschränkt (kleiner als fundamentale Nische)
• Klima mittlerer Zustand der Atmosphäre und durchschnittlicher Verlauf der Witterung über viele Jahre
• Mikroklima Abweichungen von Messungen der Klimastation durch Relief, Exposition, Bodenstruktur, Bestandsarchitektur (v.a. im Gebirge, je niedriger die Pflanzendecke, desto stärkere Abkopplung)
• Diasporen Ausbreitungseinheiten (z.b. Sporen, Samen,...) die je nach Vektor eingeteilt werden: Anemochorie- Windausbreitung, Hydrochorie- Wasserausbreitung, Zoochorie- Ausbreitung durch Tiere usw.
• Achäophyten- Neophyten Achäophyten- durch die Kultur verbreitete Pflanzen vor 1492 Neophyten- Pflanzen, die sich in einem neuen Gebiet verbreitet haben (nach 1492)
• annuelle - perennierende Pflanze annuell: einjährig perennierend: ausdauernd
• Welche Florenreiche gibt es? Holarktis (Paläarktis- Eurasien, Nearktis- Nordamerika) Neotropis (Südamerika) Paläotropis (afrikanisches, indomalaysisches, polynesisches Unterreich) Capensis (sehr kleines Florenreich in Südafrika mit sehr hohen Artenzahlen) Australis (Australien, Neuseeland, sehr isoliert) Antarktis (Kontinent Antarktis und Subantarktis- südl. Neuseeland, Süd- Südamerika, Feuerland)
• arktische Vegetation Zwergstrauchtundra, Seggen- und Wollgrastundra, Moore, offene Rohbodengesellschaften höherer Pflanzen, Moos- und Flechtenvegetation
• Boreale Wälder Holarktis Fichten tief beastet und schlank (gute Lichtausnutzung, geringe Schneelast, Bodenwärme (Wurzeln)) riesige Ausdehnung (wichtiger globaler Klimafaktor- Strahlungsabsorption, Kohlenstoffspeicher) 40% der Weltpapierproduktion (Gefährdung)
• Wüsten temperater Zonen frostiges Winterklima regenlose Sommer Verdunstung> Niederschläge oft Bodenversalzung, Gipsanreicherung (für Wurzeln undurchdringbare Sperrschichten)
• Steppen und Prärien kontinentale Bereiche temperater Zonen riesige Grasländer geformt von Klima, Feuer, Huftieren, Mensch euras. Steppen  
• Alpine Vegetation Vegetation: per Definition baumlos Zwergsträucher, grasartige: Poaceae/Cyperaceae, Polsterpflanzen, höchste Diversität erreichen: Rosettenbildner, Kryptogamen,    kaum/fehlend: Geophyten, Annuelle
• laubabwerfende Wälder typ. Vegetation der humiden mittl. Breiten der Nordhemisphäre am artenreichsten in Ostasien und Ostküste Nordamerikas in Mitteleuropa einszeitbedingt am artenärmsten Vegetationszeit von 5-8 Monaten, 4-6 > 10°  
• Lorbeerwaldzone im Tertiär weltumspannend, große Fläche heute anthropogen dezimiert, Reliktareale immergrüne Wälder in frostfreien, humiden Gebieten z.B. Kanaren, schwarzes Meer treten häufig als Neophyten auf  
• Mediterrane Zone eines der Biome mit größter Biodiversität - Winterannuelle, Geophyten, perennierende Stauden, Sträucher
• Tropische und subtropische Hochgebirgsvegetation große Horstgräser, Riesenrosetten/ Schopfrosettenbäume bis 6m
• Ökologische Beziehungen -/- Konkurrenz +/- Prädation (Räuber), Herbivorie, Parasitismus +/0 Kommensalismus (Karpose) +/+ Mutualismus (mutualistische Symbiose)
• Wie entsteht interspezifische (zwischen verschiedenen Arten) Konkurrenz? wenn dieselbe Ressource (alles was verbraucht werden kann) genutzt wird Folge: weniger Wachstum, Reproduktion und damit Darwin'sche Fitness
• Worum kann beispielsweise konkurriert werden? Licht (Kronenbildung in Wäldern mit mehreren Schichten) Nahrung
• Konkurrenz und Artbildung Nischendifferenzierung durch Konkurrenzvermeindung Nischendifferenzierung und Artbildung kam z.B. bei den Darwin- Finken aufgrund unterschiedlicher Nahrungsquellen vor Joseph Connell hält dieses Phänomen für plausibel, es ist aber nicht nachgewiesen
• Welche evolutionären Faktoren ermöglichen es, dass sich Tiere karnivor ernähren können? Prädation- Karnivorie Extreme Anpassungen, z.B. schnelle Reaktion, komplexe Sinnesleistungen, hohe Stoffwechselraten, Sozialverhalten
• Welche Faktoren sind für Herbivorie im Vergleich zu Karnivorie entscheident? - Beute läuft nicht weg - Beute verteiligt sich ggf. morphologisch (Stacheln) oder chemisch (Eukalyptus), daran müssen Herbivore angepasst sein (z.B. durch Entgiftung)  
• Welche Anpassungen haben potenzielle Beuteorganismen? Flucht Verteidigung (z.B. auch Igel, Muschlen, durch Stacheln, Schale) Alarmsignale Tarnung Warnung (ich bin giftig durch Färbung) Mimikry (Täuschung, sie ähneln z.B. Wespen, oder Schlangen)    
• Wie wehren sich Wasserflöhe gegen Prädatoren? - Helmbildung erschwert Beutefang - Beute wird sperriger für Mundwerkzeuge von Chaoborus (Büschelmückenlarve) - bei Fischen als Prädatoren ist Helmbildung zwecklos - dann Verstecken (bzw. Wanderung)
• Welche Beobachtungen konnten bei Guppies im Hinblick auf evolutive Anpassung der Beute an Prädation gemacht werden? mit Räuber: nach 15 Generationen rasche Anpassung an Untergrund (Tarnung), starker Selektionsdruck auf Guppies (life dinner principle) ohne Räuber: nach 15 Generationen Guppies heben sich stärker vom Untergrund ab, Sexuelle Selektion gut für Männchen sich vom Untergrund abzuheben
• Welche Arten von Parasiten werden unterschieden? Endoparasit- lebt in einem anderen Organismus (seinem Wirt) Ektoparasit- lebt auf einem anderen Organismus (seinem Wirt) Epiparasit (Hyperparasit)- parasitiert einen anderen Parasiten Sozialparasit- parasitiert ein Sozialsystem z.B. Ameisenstaat Brutparasit- beutet Brutpflege anderer Arten aus z.B. Kuckuck Kleptoparasit- klaut Nahrung, z.B. Skorpionsfliegen klauen aus Spinnenweben
• Parasitische Assel befällt Fische, setzt sich am Zungengrund fest und ernährt sich von Blut übernimmt die Funktion der Zunge
• Mikroparasiten und Makroparasiten; Parasitoide Mikroparasiten- vermehren sich im Wirt (z.B. Viren, Pilze...)          -->Infektion Makroparasiten- wachsen i.d.R. im Wirt ohne sich zu vermehren (z.B. Zecken, Flöhe)                                                                                              -->Infestation Parasitoide töten den Wirt immer
• Virulenz Maß für die Reduktion der Fitness des Wirtes durch den Parasiten hängt von der Kombination von Wirt- und Parasit- Genotypen ab und wird ausserdem von der Umwelt beeinflusst
• Theorie der optimalen Virolenz trade- off zwischen rascher Parasitenvermehrung bzw. Wachstum im Wirt und Überleben des Wirtes

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