Ökologie (Fach) / Ökologie (Lektion)

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• Was ist Ökologie? Verteilung & Dynamik v. Organismen Einfluss der abiotischen und biotischen Umwelt Wechselwirkungen zwischen Organismen
• Ökologische Grundsätze Evolution & Öko sind untrennbarproximate & ultimate Ursachen  Ökol. Systeme sind hierarchisch organisiert Individuum -> Population -> Lebensgemeinschaft (community)Ökosystem: Lebensgemeinschaft & abiotische Umwelt -> Landschaft -> Biosphäre  Raum ist wichtig-> unterschiedliche Wahrnehmung d. UmweltKörnung/Auflösung (grain) -> wie genau Raummessung sindAusdehnung (extent) -> wie großflächig " sind Zeit ist wichtiggrainextent -> wie lange wurden Zeitmessungen gemacht
• Beobachtungen =nicht manipulative Untersuchung existierender Variation von Umweltfaktoren, ökol. Systemen und Prozessen klassische Methoden: Kartierung, Vegetationsaufnahmen, Messungen Molekularbiol. & physik. Methoden Fernerkundung: satellitengestützt, Vormessungen
• Ökol. Experimente Manipulation Replikation Randomisierung  = im Vergl. zu Beobachtungen stärkere Rückschlüsse auf Wirkung & Faktoren -Labor-Gewächshaus-Versuchsgarten-Feld-Natur
• Ökol. Modelle fassen ökol. Wissen zusammen und erlauben Interpretation, Formalierung von Hypothesen und Verhorsage d. Dynamik verbale M. -> in Sprache repräsentiert mathematisch-analytische M -> Gleichungen Simulationsm. -> Computerprogramm korrelative M -> nur implizit beschireben: correlation ungleich causation!
• Grundprozesse der Abundanz und Verbreitung von Organismen (Pop.größe) Immigration  Reproduktion Mortalität Emmigration ! Umweltfaktoren beeinflussen Abundanz und Verbreitung nur dann, wenn sie entw. Reproduktion, Mort., Imm., Emm. beeinflussen!
• abiotische Umwelt Sonne als Hauptenergielieferant-> aufsteigende Warmluft = Niederschläge (Luv)-> absteigende " = trockene Kaltluft, Wüstengürtel (Lee)     -> Gebirge! Wind-, Meeresströmungen - Corioliskraft lenkt Winde ab, erzeugt Passate (trade winds), Westwindzone (westerlies), Meeresströmungen- Meeresstr. erzeugen klimat. Unregelmäßigkeiten (Golfstrom) dynamische Druckgebiete - Bestimmung Windrichtung & Kaltluftfronten -> saisonale Wetterlage Gewässer, große: ausgleichend (Tag: aufsteigende Luft Land -> Zufluss kälterer Luft Meer)Nachts andersrum -> ozeanes und kontinentales Klima Saisonalität -> schiefe Erdachse: Jahreszeiten, jährl. Schwank. Strahlungsintensität(Äqu. & Pole)
• Klimadiagramme -> Bedingungen für Pflanzenwachstum herauslesen
• terrestrische Biome Biom = Großlebensraum mit charakteristischem Klima & typ. Wuchsform dominanter Veg.  TRSavannenheiße Wüstenmediterrane Geb. Steppenlandschaften Laubwäldergemäßigte Breitenboreale Nadelwälder (und pazifische Nadelwälder)TundraHochgebirge kalte Wüsten
• TR konstant warm und niederschlagsreich immergrüne Bäume, Lianen, Epiphyten starke vertikale Schichtung Wald -> Lichtkonkurrenz hohe Biodiversität, geringe Individuenzahl
• Savannen warm, stark schwankender NS Gräser, vereinzelte Bäume Feuer -> Gefahr Veg., Weidetierherden
• Wüsten sehr trocken und heiß, NS unvorhersehbar Wuchsform: Sukkulenten, Sträucher, einjährige Pfl.  Org. an Wassermangel angepasst Pflanzen: austrocknungsresistent, Wasserspeicher, CAM, Verteidigung -> Konkurrenz viele Insekten, Rept., Nager
• mediterrane Geb. milde, regnerische Winter und warme, aride Sommer Hartlaubsträucher, Kräuter hohe Pflanzendiversität, Feuer wichtige Rolle, viele Arten an Feuer angepasst
• Steppen Winter kalt und trocken, Sommer warm und feucht Gräser, Kräuter, Weidetierherden  Feuer wichtige Rolle
• Laubwälder gemäßigte Br.  kalte Winter, milde, feuchte Sommer sommergrüne Laubbäume & Sträucher, Baum- Strauch- und Krautschicht reich an Pflanzen- und Tierarten, v.a. Nordamerika & Ostasien Riere und Pfl. -> Jahreszeitenrythmen
• boreale Wälder lange, kalte Winter und kurze, kühle Sommer Zwergsträucher, Kräuter, Gräser Permafrost staut Wasser und formt Landschaften Tiere und Pfl. an Kälte und kurze Veg.periode angepasst
• Breitengrade, Höhenmeter (oben nach unten) nivale Stufe alpine S subalpine S montane S Hügellandschaften/supramediterrane S mesomediterrane S thermomediterrane S
• Effekt Feuer auf Biome Biome wo Feuer zugelassen, können andere Biome verdrängen z.B. Verdrängung TR durch Savannen, Graslandschaften
• Klime konstant? Nö Biome auch nicht
• Aquatische Systeme Binnengewässer Fließgewässer Seen Meere Küste (litoral) Kontinentalschelf (sublitoral) Hochsee (epipelagial) Tiefsee
• Seen tiefe: kleines OF-Volumen-Verhätnisnat. meist nährstoffarm (oligotroph)geringe Primärprod. flache:großes OF-V-Verh.nat. meist nährstoffreichhohe Primärprod.
• litoral = Küste z.B. Watt, Ästuar, Mangroven meist nährstoffreich, hohe Artenvielfalt Kontaktzone: marin & terrestr. Organism. 
• sublitoral Kontinentalschelf -> Auftriebszone (coastal upwelling) Zusammenwirkung: Erdrotation und küstenparalleler Wind bringt kaltes nährstoffreiches Tiefenwasser an OF  hohe Primärprod. hohe Dichte v. Meerestieren -> Korallenriffe warme, flache Ozeanbereiche hoher Artenreichtum
• epipelagial Hochsee Plankton:Organism. die nicht gegen Strömung schwimmen-> Zyto- & Zooplankton Nekton:Org. die gegen Strömung schwimmen können-> Blauwal, Lederschildkröte
• Tiefsee unter 800m Tiefe extrem hoher Druck konstant niedr. Temp (-1° - 6°) wenig bis kein Licht -> keine photoautotrophe Primärprod. -> Leben basiert auf abgesunkener OS wenig erforscht Bsp. Pottwal, Riesenkalmar, Tiefsee-Anglerfisch
• Tiefsee unter 800m Tiefe extrem hoher Druck konstant niedr. Temp (-1° - 6°) wenig bis kein Licht -> keine photoautotrophe Primärprod. -> Leben basiert auf abgesunkener OS wenig erforscht Bsp. Pottwal, Riesenkalmar, Tiefsee-Anglerfisch ! Sonderfall: Hydrothermalschlote (hydrothermal vents)-> Primärprod. durch MO -> gewinnen Energie aus Sulfiden-> hohe Dichte einzigartiger Lebewesen
• Mensch Ozean? Mensch verändert/zerstört !
• Wann beeinflussen Umweltfaktoren & Ressourcen Abundanz & Verbeitung? wenn sie min 1 der 4 demographischen Grundprozesse beeinflussen
• Wirkung Umweltfaktoren Akklimatisation - kurzfristig, physiologisch Adaption - langfristig, evolutionär
• Ressourcen vs Umweltfaktoren Ressourc. werden von Org. konsumiert -> Verfügb. für andere Org. nimmt ab-> Licht, Nahrung (=Energie), Nisthöhlen, Raum, Wasser UF können von Org beeinflusst aber nicht konsumiert werden-> Temp., Wasser, Fließgeschw., pH
• Energieformen Strahlungsenergie chem. E = in chem. Verb. gespeichert kinet. E/Wärmeen. = Bewegung von Molekülen, gemessen als Temperat-> Wärmeen. (Temp.) beeinflusst die Kinetik chem. Reaktionen und damit Stoffwechselrate & Energiebedarf v. Org
• von Organismen genutzte Energieformen? Strahlungs- und chem. E für Wachstum und Reprod. 
• Energienutzung durch Org. (Typen) autotrophe Org. (Primärprod.) synthetisieren org. Verb. de novo aus CO2 photoautotrophe O nutzen Strahlungsenergie (Photosynthese)-> meiste Algen, Pflanzen, auch Archaeen, Bak (Cyano), Protozoen chemoautotr. (Chemosynthese)-> Archaeen, Bak (Schwefelbak, nitrifizierende Bak) heterotrophe nutzen chem. En. aus org. Verb-> Tiere, Pfl, viele Bak (v.a. Krankheitserreger)
• Photosynthese -> Hauptenergiequelle aus org. Substanz 1. Lichtreaktion 2. lichtunabh. Reak. (Calvin)
• Licht- vs Schattenblätter Lichtb. dicker, mehr Chlorophyll u. Stomata-> Lichtkompensationspkt, Lichtsättigung und max. Photosyntheserate höher
• globale Konsequenzen PS Evolution Photosynthese -> moderne Atmosphäre mehr O2 -> Entw. Ozonschicht -> aerobe Atmung (O2 als e- Akzeptor)
• globale Konsequenzen PS Evolution Photosynthese -> moderne Atmosphäre mehr O2 -> Entw. Ozonschicht (schützt vor UV) -> aerobe Atmung (O2 als e- Akzeptor)
• Chemosythese chemosynthetische/chemolitotrophe Org nutzen E aus anorg. Verb zur Kohlenhydratsynthese -> nitrifizierende Bak (ÖS: heiße Schwefelquellen, Hydrothermalschlote)     wichtige Role in N-Kreislauf -> Ammonium (NH4+) zu pflanzenverfügb. Nitrat (NO3-)     Nitritbak (Nitrosomonas): NH4+ -> NO2- (Nitrit)     Nitrobak (Nitrobacter) ox NO2- -> NO3- -> Energiegewinnung: Ox verschied. anorg. e- Donatoren -> gewonnene E im Calvin-Zyklus zu CO2 und Kohlenhydrate
• Heterotrophie (Typen) Hervivore: konsumieren lebende pflanz. Biomasse Parasiten: kons. lebende Biom. (tier. o pflanz.) Wirte (auf oder drin) -> töten nicht unbedingt Prädatoren: töten leb. Org Destruenten/Detrivore: konsum. totes org Mat
• Temperatur beeinflusst Kinetik chem. Reaktionen, damit Stoffwechselraten & Energiebilanz v. Organismen Stoffwechsel-Reak durch Enzyme katalysiert, die in engen Tempbereichen optimal funkt.-> denaturieren bei zu hohen Tem (Membranen undicht) versch. Org untersch. Temeraturtoleranz, Optimum je nach Adaption
• Pflanzen Temp Hitze: Kühlung durch Verdunstung -> erhöhte Konvektion (+Hconv)gefiederte Blätter erhöhen KühlungBehaarung erhöht Reflexion (heat stock proteins) Kälte: Polsterwuchs verringert Wärmeverlust (-Hconv)Gerfierpunkterniedrigung druch Frostschutzmittel
• Tiere Temp Endothermie: Org. die selbst Wärme erzeugen und eig. Körpertemp. deutlich anheben können-> Vögel, Säuger- Vorteil: Überleben in kalen Umwelten- Nachteil: interne Wärmeerzeugung sehr energieaufwändig  - wärmen d. Fell und Federn -> Verringert Konvektion und Wärmeleitung (Hconv)     -> auch bei Kälte: Fettschicht, Winterschlaf, bergmannsche und allensche Regel  - kühlen d. Hecheln, Schwitzen -> erhöhte Transkription (Hevap)  - Kühlen o. Wärmen d. Verhalten -> veränd. Sonneneinstr. (SR) Ektothermie: Org deren Körpertemp von extr. Wärmequellen abhängt
• Bergmannsche Regel endotherme Tiere ind kalten Klimatehn größer als in kalten Klimaten (OF, Volumen)
• Allen'sche Regel Körperanhänge von endoth. Tieren in kalten Klimaten kleiner als in wärmeren (Ohren)
• Körpergröße, Temp und Energie kleine Tiere größeres OF-Vol.-Verhältnis -> rel. hoher Wärmeverlust (bezogen auf Körpermasse) -> kl. Endotherme höhere spezif. Stoffwechselraten (g/Körpergewicht) & höheren spezif. Energiebedarf
• Wasser Pflanze Grundmediium der Stoffwechselreaktion - Wurzeln absorbieren H2O und Mineralstoffe-> durch Xylem aufwärts - Transpiration, H2O-Verlust durch Stomata -> Kraft d. Xylemsafts - Austausch CO2 und O2 über Blätter (Stomata) (PS)-> Bildung Zucker in Bl. durch PS -> durch Phloem zu Wurzeln usw - zw. Wurzeln und Luft führenden Poren des Bodens -> Gasaustausch (O2 aufg., CO2 abg.)-> Zuckerabbau (Zellatmung) der Wurzelzellen
• Wasserpotential bestimmt Wasserfluss zw. Boden, Pfl., Atmosph.  -> H2O bewegt sich von Orten m. hohem Pot zu nied. Pot -> Wasserpot beschreibt Wasserzustand d. Pfl (Wasserstress)
• Wassermangel Pflanze keine CO2 Aufnahme durch Stomata ohne H2O-Verlust -> verhungern, verdursten Wassernutzungseffizienz (water-use-efficiency) CO2 assimiliert/ H20 transportiert Wassermangel: kurzfristige Reakt.: schließen d. Stomata durch Turgorverlust i.d. Schließzellen und Abscisinsäure-Signale aus Wurzel langfristig (evolutionäre Anpassung): - höhere Wurzelbiomasse (Wüstenpfl)- flache Wurzeln, tiefe Pfahlwurzeln- xerophyte Pflanzen (an trockene Standorte angepasst)-> Wasserspeicher durch Blatt- und Stammsukkulenz-> Reduktion d. Verdunstungsverluste: dicke Cuticule (Wachsschicht), eingesunkene Stomata, Behaarung
• PS bei Wärme und Trockenheit CO2-Fixierung -> 1. Schritt Calvin -> Entstehung Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase/-oxidase (RuBisCO) C3: Rubisco relativ ineffizient -> Ineffizienz steigt mit TempProd. von genug CO2 -> C3 müssen Stomata lange geöffnet haben -> Wasserverlust deswegen: C4, CAM
• C4 & CAM Trennung CO2-Fixierung von Calvin-> CO2-Fix durch Bildung C4-Verbindung (statt C3 -> Rubisco) durch PEPC-> höherer Energieverlust aber geringere Transpiration C4: räuml. Trennung (außenliegendes Mesophyll, Calvin in innenliegenden Bündelscheidenz.)-> kaum Lichtsättigung, höhere N-Effizienz (Mais, Zuckerrohr, Hirse) CAM: zeitl. Trennung (Nachts Fix durch offene Stomata. tags. Calvin)-> sukkulent (Carbonsäure zwischengelagert) (Ananas, Agave)-> Epiphyten

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