Ökologie (Subject) / aaa (Lesson)

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• Genetische Drift als Evolutionsfaktor Veränderungen des Genpools (Allelfrequenzen) einer Population Flaschenhalseffekt nicht-selektive Faktoren, z.B. Umweltkatastrophen wie Feuer, Überschwemmungenbewirken Veränderung GründereffektWenn nur wenige Individuen eine Population neu gründen, gehen möglicherweiseandere Merkmale der Mutterpopulation verloren.
• Welche reproduktiven Isolationsmechanismen sind relevant ? Präzygotische Mechanismen Räumliche oder zeitliche Trennung (unterschiedliche Habitate oder unterschiedliche Paarungszeiten     Gestörte Gametenfusion    Verschiedene Paarungsverhalten (z.B. Balzgesang, Pheromone)    Mechanische Barrieren (Inkompatibilität männlicher und weiblicher Geschlechtsorgane) Postzygotische Mechanismen Zygotensterblichkeit: Befruchtung erfolgt, aber Embryo entwickelt sich nicht oder stirbt  Hybridlebensunfähigkeit: Hybridsterilität
• Individuen einer Art nicht alle gleich: Genotypen: Phänotypen: Ökotypen:
• Was sind Belege für Evolution der Arten Ausgelöschte Arten: Vorkommen von Fossilien: paläontologische Hinweise• Arten haben gemeinsame Vorfahren: Nachweis von homologen morphologischen MerkmalenNachweis von Übereinstimmungen in genetischer Sequenz• Merkmale der Vorfahren in der Embryonalentwicklung• Biogeographische Verteilung von Arten• Selektion führt zu Veränderung in Allelfrequenzen
• Wie lassen sich die Lebensansprüche einer Art „kategorisieren“ ? Liebig s Gesetz der Minimumfaktoren-Shelford s Gesetz der Toleranz-Die Gedeihkurve
• Wo lebt eine Art ? Das Konzept der „ökologischen Nische“-Bioindikatoren / Zeigerarten / Saprobiensystem -Arten als direkte Lebensräume anderer Arten: Symbiosen, Mutualismen
• Liebig Gesetz der Minimumfaktoren Der Ertrag einer Pflanze ist von demjenigen Faktor abhängig, derim Verhältnis zu allen übrigen Faktoren am meisten im Minimumist.
• Shelford Gesetz der Toleranz Nicht nur ein Faktor im Minimum, sondern auch ein Faktor im Maximum kann limitierend auf Organismen wirken.
• Fundamentale Nische: „Raum“ mit allen Dimensionen abiotischer Faktoren und Nahrungsressourcen = Existenzbasis
• Realisierte Nische „Raum“, der übrig bleibt von der fundamentalen Nische, wenn man biotischen Interaktionen wie Konkurrenz und Räuber-Beute-Beziehungen berücksichtigt.
• Die ökologische Nische Die ökologische Nische einer Art ist nicht nur von den (biotischen und abiotischen)Umweltfaktoren abhängig, sondern eine Art kann sich auch seine Nische „gestalten“
• Bioindikatoren /Zeigerarten Bioindikatoren (Zeigerarten) sind Arten, die das Vorherrschen bestimmter ökologischer Faktoren indizieren (anzeigen)
• Beispiele für Zeigerarten / Pflanzen: Feuchtigkeit: Sumpfdotterblume Trockenheit: Federgras Nährsalzreichtum: KlatschMohn saubere Luft: Bartflechte saure Böden: Heidekraut
• Beispiele für Zeigerarten / Tiere / Aquatische Systeme: Hohe Verschmutzung, Sauerstoffarmut: rote Zuckmückenlarven  Wenig Verschmutzung, Sauerstoffreichtum:bestimmte Strudelwürmer
• Monitorarten Monitorarten sind Arten, die Schadstoffe akkumulieren und ihre Detektierbarkeit erleichtern
• Saprobien Saprobien sind Organismen in Wasser mit fäulnisfähigen Stoffen Eintagsfliege) Steinfliege Planarien Mützenschnecken Köcherfliege ohne Köcher
• Wie erstellt man Gewässergütekarten ? Wie läßt sich die Güteklasse eines Gewässers bestimmen ? (a) Chemische Analytik: Momentaufnahmen (b) Biologische Analytik:Zeigt langfristige Effekte von Verschmutzungen
• Organismen als Lebensraum über 50% aller Organismen leben auf anderen Organismen Symbionten und Mutualisten•Parasiten und Parasitoide•Kommensalen
• Wirt als Habitat Habitat, das reagieren, sich regenerieren, sich erinnern und entwickeln kann• Habitat, das patchartig verteilt ist• Habitat, das frei beweglich ist
• Besiedlungsorte bei Tieren Körperoberfläche (z.B. Wanzen)Im Körper (Körperhöhlen, Körperzellen)• Geschützt vor Klima (Hitze, Kälte etc.) und Feinden (z.B. Parasitoiden)• Leben in konstanter Umgebung• Ausbreitung erschwert
• Pflanze als Lebensraum Pflanze als LebensraumVorlesung: Grundlagen der ÖkologieOrganismen als LebensraumPollenfresser: Pollinophage  NektarfresserStengelminierer Phyllophage  Fruktivore, KarpophageXylophageRhizophage
• Besiedlungsorte bei Pflanzen Phyllosphäre• Blattoberfläche• Ektoparasiten (z.B. Blattläuse)• parasitische Pilze (z.B. Mehltau)Rhizosphäre• Boden im Bereich der Wurzeln• enthält reichhaltige Mikroflora• schützt vermutlich Wirt gegen ParasitenPflanzeninneres
• Mutualismus / Symbiose bei Tieren, z.B.: • Bakterien und Protozoa im Darm bei Vertebraten und Invertebraten• Grünalgen bei aquatischen Tierarten• Bakterien in bestimmten Zellen bei Insekten: Buchnerabei Blattläusenbei Pflanzen, z.B.•Akazien und Ameisen •Mykorrhiza•Rhizobium
• Symbiosen im Darmsystem (1) Bei vielen herbivoren SäugetierenBakterien und Protozoen• haben Zellulasen• bauen Zellulose abIn Fermentionskammern• z.B. Schafpansen enthält 1l MikroorganismenDiversität dieser Symbionten vergleichbar mit Diversität höherer Organismen im Regenwald
• Symbiosen im Darmsystem (2) Bei Termiten im DarmFlagellaten• haben Zellulasen• bauen Zellulose ab
• Symbiosen: Bakterien in spezialisierten Insektenzellen Buchnera:Symbiontische Bakterien in Blattläusen-sitzen in Bacteriozyten (spez. Zellen) -synthetisieren Vitamin B und Aminosäuren-können von Blattläusen nicht gebildet oder mit Nahrung aufgenommen werden-werden von Weibchen auf Nachkommen übertragen-nach Antibiotikabehandlung keine Fortpflanzung mehr
• Mutualismus: Akazien und Ameisen Akazien bieten• Nektar• Beltsche Körperchen (Proteine)• Domatien in hohlen DornenAmeisen bieten•der Akazie Schutz vor Herbivoren
• Mutualismus / Symbiose: Pflanze -Mykorrhiza Bei fast allen Bäumen, niedrigen Kräutern und Gräsern, d.h. dem größten Teil terrestrischer BiomassePilz erhält KohlenstoffverbindungenPflanze erhält Phosphate u.a. Ektomykorrhiza (zwischen den Zellen) Endomykorrhiza hier: vesiculär-arbusculäre (VA) Mykorrhiza
• Mutualismus / Symbiose: Pflanze -Mykorrhiza Bei fast allen Bäumen, niedrigen Kräutern und Gräsern, d.h. dem größten Teil terrestrischer BiomassePilz erhält KohlenstoffverbindungenPflanze erhält Phosphate u.a. Ektomykorrhiza (zwischen den Zellen) Endomykorrhiza hier: vesiculär -arbusculäre (VA) Mykorrhiza Mykorrhiza Morphologie-Im Boden um die Wurzel, inter-und intrazellulär -ergibt neue Struktur aus Wurzel und Pilz-Vielfältige Ausprägungsformen, z.B. bei Kiefer
• Mutalismus : Rhizobium und Leguminosen Rhizobien kommen auch freilebend im Boden vor-Rhizobien infizieren Wurzeln von Leguminosen(Klee, Bohnen, Erbsen) -Rhizobien stimulieren Knöllchenbildung der Wurzeln(„Knöllchenbakterien“) (nod-Faktoren)-Sie fixieren atmosphärischen Stickstoff, geben ihn an Pflanze weiter-Sie bekommen von der Pflanze Kohlenhydrate (u.a. organische Säuren wie Succinat, Malat)
• Was sind Ressourcen ? Allgemein: die Lebensgrundlagen -Energiereiches Material-Vitamine-Spurenelemente-Zusatzstoffe: z.B. sekundäre pflanzliche Inhaltsstoffe-Raum allgemein und „feindfreier Raum“ (enemy free space) -bei sexueller Fortpflanzung: Geschlechtspartner
• Energiereiches Material photoautotroph chemolithoautotroph chemoorganotroph
• Welche Formen der Aufnahme energiereichen Materials gibt es für heterotrophe Organismen ? Herbivore / Phytophage = PflanzenfresserPhyllophage= BlattfresserRhizophage= WurzelfresserFruktivore / Karpophage = Fruchtfresser Carnivore= FleischfresserEntomophage= Insektenfresser-Omnivore= Allesfresser-Detritivore / Saprophage= Fresser von totem organischen MaterialKoprophage= Kotfresser
• Zusatzstoffe: z.B. sekundäre pflanzliche Inhaltsstoffe Pyrrolizidinalkaloid (PA)aus Pflanze Aufnahme von PA durch Larven und Transfer in Imago: Pheromon !
• -Welche Formen der Konkurrenz kann man unterscheiden ? A.Intraspezifisch: innerhalb einer Art    B.Interspezifisch: zwischen verschiedenen Arten 1Ausbeutungskonkurrenz (exploitation competition)-Wechselwirkung indirekt über „Kampf“ um Ressourcen   2.Interferenzkonkurrenz(interference competition)-Wechselwirkung ganz direkt / „körperlich“ bei intraspezifischerKonkurrenz wird auch differenziert in: 3.Überkompensierte Konkurrenz(scramble competition)4.Exakt kompensierte Konkurrenz(contest competetion)5.Unterkompensierte Konkurrenz
• Wie kann man intraspezifische Konkurrenz quantifizieren ? bei intraspezifischer Konkurrenz wird auch differenziert in: Überkompensierte KonkurrenzExakt kompensierte KonkurrenzUnterkompensierte Konkurrenz
• Unterkompensierte Konkurrenz und exakt kompensierte Konkurrenz (contest competition) b=1; exakt kompensierte Konkurrenz; zahl der Überlebenden gleich Zahl der Sterbenden b< 1; unterkompensierte Konkurrenz; Zahl der Überlebenden höher als Zahl der Sterbenden b = 0; dichteunabhängige Mortalität
• Intraspezifische Konkurrenz um Ressourcen kann in Abhängigkeit von der Populationsdichte-die Geburtenrate beeinflussen-die Sterberate beeinflussen-und damit den Zuwachs der Population regeln. die Populationsdichte wird  –selbstverständlich –nicht nur durch intraspezifische Konkurrenz geregelt.
• Welche Folgen kann Konkurrenz für die ökologische Nische haben ? Nischenerweiterung* Nischenverengung* Nischenmodell nach MacArthur & Levins
• Interspezifisch: Nischenverengung / Nischendifferenzierung Koexistenz von Arten bei hinreichender Nischendifferenzierung-Konkurrentenausschluss bei mangelnder Nischendifferenzierung
• Interspezifische Konkurrenz um Ressourcen kann in Abhängigkeit von der Populationsdichte zur Nischendifferenzierung und Koexistenz der Arten führen-oder zum Konkurrenzausschluss Es gibt immer nur EINE Art pro ökologischer Nische
• Wie stark müssen Nischen differenziert sein, so dass noch Koexistenz möglich ist? Quotient d / w klein: große Nischenüberlappung und große Konkurrenz Quotient d / w groß:geringe Nischenüberlappung und geringe Konkurrenz d = Abstand der Nischenoptimaw = rel. Nischenbreite N = K = Nullwachstum = Kapazitätsgrenze
• Biotische Interaktionen, die Einfluss auf Abundanzdynamik nehmen: Intraspezifische Konkurrenz(b)Interspezifische Konkurrenz(c)Räuber Beute Beziehungen (inkl. Parasitismen)(d) Mutualismen und Symbiosen
• Welche Faktoren erlauben Koexistenz ? Heterogenität der UmweltNischendifferenzierung: Welche Möglichkeiten bestehen ? Character Displacement
• Wie kann interspezifische Konkurrenz zwischen zwei Arten nachgewiesen werden ? Nischenerweiterung in Abwesenheit von Konkurrenten: Kompetitive Entlastung„The ghost of competition“: Lack und die Meisen
• Nachweis interspezifischer Konkurrenz: Nischenerweiterung in Abwesenheit von Konkurrenten= Kompetitive Entlastung
• Nischendifferenzierung: Welche Möglichkeiten bestehen ? Aufteilung der Ressourcenz.B.koexistierende, samenfressende Vogelarten: eine Art kleine Samen / andere Art große Samen „Sich aus dem Weg gehen“ über Differenzierung der Mikrohabitate (vgl. Experimente Gause) über zeitliche Trennung
• Was ist Biodiversität? (a) Reichtum an biologischen Arten (b) Reichtum an Erscheinungsformen der Arten (b1) Genotypische Plastizität: Spannbreite der Genotypen einer Art (b2) Phänotypische Plastizität eines Genotyps: Spannbreite der Erscheinungsformen (c) Reichtum an biologischen Mechanismen (d) Reichtum an Naturstoffen; z.B.: (e) Reichtum an Strukturen; z.B
• Biodiversität: verschiedene Perspektiven Molekulare Perspektive:Genetische Diversitätb)Perspektive Erscheinungsbild:Phäntoypische Diversitätc)Perspektive Evolution:Phyletische Diversitätd) Perspektive Funktion:Vielfalt funktioneller Gruppen (Gilden)e) Perspektive Nahrungsebene:Vielfalt an trophischen Ebenenf) Perspektive Lebensgemeinschaften: Vielfalt an Biozönosen
• Wieviele Arten gibt es ? Derzeit ca. 2 Millionen Arten beschriebendavon Insekten ca. 1.2 MillionenWirbeltiereca. 0.05 MillionenPflanzenca. 0.8 Millionen

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