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Biologie (Fach) / Ökologie (Lektion)

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• Red- Queen- Effect (van Valen) koevolutionäres Wettrüsten zwischen z.B. Räubern und Beute, Wirt und Parasit auch sexuelle Selektion kann damit erklärt werden
• Übertragungswege von Parasiten horizontal zwischen Individuen einer Population (viele Viren und Bakterien) vertikal von Eltern auf Nachkommen (einige Microsporidien, Viren und Bakterien) HIV, Hepatitis B und C,... beide Wege
• Warum evolvieren vertikale Parasiten oft zu niedriger Virulenz, z.T. sogar Mutualismus, während horizontale Parasiten oft zu hoher Virulenz evolvieren? Fitness vertikal übertragbarer Parasiten hängt direkt ab von der Fitness der Wirte
• Lebenszyklen von Parasiten direkt/ einfach: nur 1 Wirt indirekt/ komplex: ein oder mehrere Zwischenwirte
• Anpassung von Parasiten zur Steigerung der Übertragung Produktion einer großen Anzahl von Übertragungsstadien Präzises Timing der Produktion der Übertragungsstadien Verwendung chemischer oder anderer Signale zur Wirtsfindung Manipulation des Verhaltens der Wirte
• Begriffsklärung Symbiose Symbiose= Überbegriff für Zusammenleben - auch Parasitismus ist eine Symbiose - v.a. im Deutschen ist häufig Mutualismus gemeint - es gibt auch nicht- symbiontische Mutualismen: Pflanze und Bestäuber
• Obligate und fakultative mutualistische Symbiosen obligat: keiner der beiden Partner ist ohne den anderen lebensfähig fakultativ: Assoziation beider Arten verschafft reziproke Vorteile, ist jedoch für beide nicht überlebensnotwendig
• Warum sind mutualistische Symbiosen von globaler Bedeutung? Beispiele! Bestäuber und Blüten (Kolibri- Blüten, Orchideen ähneln paarungsbereiten Hummeln) Hülsenfrüchte und Stickstoff- fixierende Knöllchenbakterien Mykorrhiza (Symbiose von Pilzen und Pflanzen) Hervivore und Verdauungssymbiosen Berge aus früheren Korallen (Dolomiten)
• Metaorganismus Organismus und seine Symbionten als evolvierende Einheit
• Siblicide ("Kainismus") bei Nazca- Tölpeln legt 2 Eier älteres Jungtier tötet jüngeres nur ein Junges wird aufgezogen Erklärungen für 2 Eier: Versicherung- z.B. falls ein Ei zerstört wird oder ein Ei kurz nach Schlupf stirbt Relikt aus Zeit als 2 Junge aufgezogen werden konnten
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• Warum legen Vögel nicht mehr Eier? Experiment zeigt: Je mehr Nachkommen desto geringer das Überleben der Eltern. --> Gelegegröße wurde im Laufe der Evolution optimiert (optimal clutch size)
• Alternativen zu Optimalität Optimalität - Kombination von Merkmalen ist diejenige der höchsten Fitness Bet hedging - auf Nummer sicher gehen, wenn Umweltbedingungen fluktuieren, ist es wichtig, Fitness- Verluste in Zeiten geringer Fitness zu minimieren Frequenzabhängigkeit - optimale Lebensgeschichte kann von der Häufigkeit anderer Individuen in der Population abhängen evolutionäre Zwänge (constraints) - theoretisch denkbare optimale Lebensgeschichte konnte eventuell noch nicht evolutiv entstehen
• Bet hedging - Beispiel Schmetterlinge Larven können in verschiedenen Stadien Diapause machen, um den Winter zu überdauern. In schlechten zeiten sogar mehrfach (repetetive Larvaldiapause). Nicht alle Larven wählen dieselbe Lebensgeschichte. Unter ungünstigen Bedingungen überleben diejenigen Tiere, die auf Nummer Sicher gegangen sind.
• besondere Verhaltensweisen bei Löwen Männchen töten Jungtiere (-> Infantizid) bei Rudel- Übernahme -Weibchen werden eher wieder schwanger, Männchen können ihre eigenen Gene weitergeben Weibchen kooperieren bei Verteidigung, Jagd und Jungenaufzucht Konflikt- Unterschiedliche reproduktive Interessen von Weibchen und Männchen
• Wie kann Kooperation (Altruismus) erklärt werden? Verwandtenselektion Gemeinsame Gene von Helfern und Geholfenem Zwischen Nicht- Verwandten: Reziprozität- Helfern wird geholfen werden  
• Hamiltons Regel r x b > c r- Verwandschaftskoeffizient (zw. 0 und 1) b- Nutzen (benefit) c- Kosten (costs)
• Berechnung von Verwandtschaft Halbgeschwister: 1/2x1/2 = 1/4 Geschwister: 1/2 x 1/2 + 1/2 x 1/2 = 1/2 Cousins: 1/2 x 1/2 x 1/2 = 1/8  
• Eusozialität bei Nacktmullen leben in unterirdischen Kolonien, 70- 80 Individuen sind eusozial: alle Junge werden von einem einzigen Weibchen (Königin)mit 2 Männchen gezeugt Inzucht ./ hohe Verwandtschaft von durchschnittlich 0.81 dennoch reprod. Konflikte Aggression von Königin gegen Arbeiter durch shoves (Schubsen) v.a. gegen Nichtverwandte!  
• Formen von Kooperation zwischen Nichtverwandten Direkte Reziprozität: tit- for- tat Indirekte Reziprozität: Give and u shall receive
• Inter- und Intrasexuelle Selektion Intersexuelle Selektion- Auswahl von Paarungspartnern kann die Evolution der Merkmale die dieser Auswahl zu Grunde liegen beeinflussen Intrasexuelle Selektion- Konkurrenz um Paarungspartner kann innerhalb eines Geschlechts zur Evolution von Strükturen führen, die bei Auseinandersetzungen Vorteile bringen
• Paarungssysteme Monogamie Polygynie (Vielweiberei) Polyandrie (Vielmännerei) Promiskurität
• Poloygynie- Schwellenmodell sagt voraus, wann Weibchen Polygynie akzeptieren, z.B. Weibchen wählen Männchen mit besseeren Territorien, auch wenn dieses bereits mit anderen Weibchen verpaart sind
• Paarungs- und Sozialsystem von Gibbons monogam, egalitär, Paare haben Territorien
• Paarungs- und Sozialsystem von Orang- Utans solitär, kaum soziale Bindung, dominante Männchen haben große Territorien, Wohngebiete mehrerer Weibchen überlappen mit denen der Männchen
• Paarungs- und Sozialsystem von Gorillas Polygamie, Männchen haben Territorien und mehrere Weibchen, starke Bindung des Männchens zu den Weibchen
• Paarungs- und Sozialsystem von Schimpansen gemischt- geschlechtliche Großgruppen, Männchen haben starke Bindung zueinander, eher Männchen dominant
• Paarungs- und Sozialsystem von Bonobos relativ friedliebend, gemischt- geschlechtliche Großgruppen, Vielfalt der Sexualkontakte, starke Bindung der Weibchen untereinander, eher Weibchen dominant, position der Männchen hängt von der Position der Mutter ab
• Paarungs- und Sozialsystem von Menschen sehr divers, Monogamie, Polygynie und Polyandrie kommen vor, Einfluss ökologischer Bedingungen
• Vergleich von Anatomie, Verhalten etc von Menschen und Affen Menschen haben relativ große Hoden und Spermienmenge Menschen paaren sich relativ oft Verdeckter Östrus Unsprüngliches Paarungssystem war wahrscheinlich eine milde Form von Promiskuität
• Ökosystem Dynamisches, komplexes Wirkungsgefüge aus Lebensraum mitbestimmten energetischen, physikalischen, chemischen,strukturellen und zeitlichen Eigenschaften sowie Lebewesen dieuntereinander und mit dieser Umwelt wechselwirken.
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• Stoffkreislauf Kreislauf von Elementen in Organismen, Ökosystemen, in der Biosphäre.Charakterisiert durch geochemische („abiotische“) Umsetzungen undBeteiligung von Organismen, biogeochemische Kreisläufe
• Energiefluss Energieaufnahme und –weitergabe durch Organismen, Populationen,Ernährungsgruppen.Auf jeder ‚Stufe’ (trophische Ebene) geht Energie durch Atmung,Ausscheidungen und Absterben verloren.
• autotroph/ heterotroph Autotrophe Organismen (Primärproduzenten)stellen org. Moleküle aus anorganischen Ressourcen her (Assimiliation)Bsp: Grüne Pflanzen, photosynthetisch aktive ProkaryontenChemoautotrophe Prokaryonten Heterotrophe Organismen (Konsumenten, Destruenten)Verwenden den Kohlenstoff aus organischen Verbindungen (Corg), die andere Lebewesen erzeugt haben
• Konsumenten Organismen, die sich von anderen Organismen ernähren
• Herbivore/ Carnivore/Omnivore Herbivore: konsumieren die von Primärproduzenten aufgebaute Biomasse(Primärkonsumenten) Carnivore: konsumieren Herbivore(Sekundärkonsumenten)…oder andere Tiere… Omnivore: konsumieren tierliche und pflanzliche Nahrung= Organismen, deren Futterorganismen verschiedene Stellenin einer Nahrungskette einnehmen. Ausbildung von Nahrungsnetzen.
• Destruenten ernähren sich von den organischen Abfallprodukten und den Leichen anderer Organismen („Detritus“)
• Wirkungsgefüge Organismen in Ökosystemen sind über Fraßbeziehungen (trophische Interaktionen) miteinander funktionell verknüpft.  
• Trophische Ebenen Primärproduzenten Primärkonsumenten Sekundärkonsumenten Tertiärkonsumenten Quartärkonsumenten
• Konnektivitätsgrad Gibt an, wieviele möglicheNahrungsbeziehungen in einem Biotopvorliegen.
• 2 Hauptsätze der Thermodynamik 1. Versch. Formen der Energie können ineinander umgewandelt werden.Erhaltung der Energie (1. Hauptsatz d.T.) 2. Bei allen Energieumwandlungen geht ein Teil derEnergie als Wärme verloren (2. HS der T.)
• Primärproduktion Bildung organischer Substanz aus anorganischen Energiequellen durchautotrophe Organismen
• Primärproduktivität Rate, mit der Primärproduzenten Biomasse pro Zeiteinheit und Fläche – oder Volumen – produzieren (z.B. kg/ha a, J/m² d..)
• Bruttoprimärproduktion Gesamte durch den Prozess der Photosynthese fixierte Energie
• Nettoprimärproduktion Bruttoprimärproduktion - Respiration (Energiemenge, die für Zellatmung verwendet wird) = gespeicherte, chemisch gebundene Energie, die für den Konsumenten zur Verfügung steht
• Produktionseffizienz Maß für die Umwandlung assimilierter Energie in Biomasse = Nettosekundärproduktion/assimilierte Primärproduktion
• Trophische Effizienz / Ökologische Effizienz / Transfereffizienz Effizienz (in %) des Energietransfers in Nahrungsnetzen und Nahrungsketten.Quotient der (Netto)produktionsraten aufeinanderfolgender Glieder einerNahrungskette (Größenordnung: ca. 5-20%)
• 2 Hypothesen zur Länge von Nahrungsketten 1. Energiehypothese:Länge einer Nahrungskette ist durch den ineffizienten Energietransfer voneiner Stufe zur anderen limitiertFolgende Annahme kann getestet werden:Nahrungsketten in Habitaten mit hoher Primärproduktion sind länger 2. Dynamische StabilitätshypotheseLange Nahrungsketten sind weniger stabil als kurzeFolgende Annahme kann getestet werden:Nahrungsketten in sich häufig ändernden Lebensräumen sind kürzer
• Hierarchieebenen der Biodiversität •Gene•Arten, Populationen•Biozönosen, “communities”•Funktionelle Gruppen (Gilden)•Ökosysteme / Ökosystemprozesse
• Artkonzepte 1) phenetisches Konzept: morphologische Ähnlichkeiten, charakteristische Merkmale - traditionell, methodisch unaufwendig, viele Fehler 2) biologisches Artkonzept (Ernst Mayr): Fortpflanzungsgemeinschaft - besser, aber sehr aufwändig, in der Praxis nur für wenige Arten durchführbar 3) cladistisches/phylogenetisches Konzept:Abstammungsgemeinschaft, verbunden durch letzten gemeinsamenVorfahren - aufwändig, funktioniert nur gut in Verbindung mit gutengenetischen Daten 4) molekulargenetisches Konzept:Ähnlichkeiten von genetischen Merkmalen, DNA Sequenzen‘molecular barcoding’- präziser als phenetisches Konzept, dochProbleme ohne Phylogenie
• Wie viele Arten gibt es? 6- 30 Millionen

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