Bio Lernkarten

Die Gesichtsfelder beider Augen überschneiden sich stark. Dadurch wird der jeweils andere blinde Fleck kompensiert und das räumliche Sehen ermöglicht. Dafür ist unser Sichtfeld kleiner, weil die Augen nahe beieinander sind.

Bei der Einschätzung von Entfernungen hilft uns das räumliche Sehen, die Grösse des Bildes auf der Netzhaut und die Akkommodation.

Optische Täuschungen sind nicht Sehfehler des Auges sondern Wahrnehmungsfehler des Gehirns.

• Die Wirkung eines Ökofaktors ist von anderen Faktoren abhängig.
• Der Toleranzbereich für zwei Faktoren bildet im Diagramm eine Fläche. Nach dem Konzept des limitierenden Faktors ist die Aktivität einer Population von dem Faktor abhängig, der vom Optimum am weitesten entfernt ist.
• Kardinalpunkte: Minimum, Optimum und Maximum.
• Ökologische Potenz: Die Fähigkeit eines Lebewesens, Schwankungen eines Umweltfaktors innerhalb des Toleranzbereichs zu ertragen.
• Aktivitätsbereich: hier ist Organismus aktiv d.h. es wächst, pflanzt sich fort etc., zwischen beiden Pessima
• Pessimum: Lebewesen überlebt, ist aber nicht aktiv à vermindert Aktivität, um ungünstige Bedingungen zu überdauern.

Wenn die anderen Ökofaktoren ausreichend zur Verfügung stehen, richtet sich die Entwicklung nach dem Ökofaktor, der im Minimum vorhanden ist. Im Minimum bedeutet aber nicht in kleinster Menge, sondern das ist der Ökofaktor, dessen Wert vom Optimum am weitesten entfernt ist. (auch Maximum.) Er heisst limitierender Faktor.

Die meisten Ökofaktoren schwanken zeitlich. Die tageszeitliche Periodik kann die Aktivitäten eines Lebewesens bestimmen und steuern, die jahreszeitliche Periodik die Entwicklung mitbestimmen. Viele Lebewesen überdauern Perioden mit ungünstigen Bedingungen, indem sie ihre Aktivitäten vermindern (=Winterschlaf), ihnen also ausweichen. Alternativ können sie sich auch anpassen, kurzfristig durch individuelle Anpassung (Modifikation, Akklimatisierung) oder langfristig durch Mutation und Selektion.

Er liegt meist bei -20 bis 40 Grad. Dabei ist nicht die Aussentemperatur entscheidend, sondern die im Lebewesen. Vögel und Säugetiere sind im Vorteil, sie sich gleichwarm, alle anderen Tiere und Pflanzen sind wechselwarm. Bei zu niedriger Temperatur gefriert die Flüssigkeit in Lebewesen, wenn sie wieder auftaut, beschädigen die Eiskristalle die Zellen. Bei zu hohen Temperaturen denaturieren Proteine oder das Lebewesen trocknet aus. Bei hoher Temperatur ist der Stoffwechsel generell schneller.

Wechselwarme Tiere fallen bei zu niedrigen Temperaturen in eine Kältestarre, bei zu hohen in eine Hitzestarre. Wenn sie sich ständig bewegen und dadurch Energie in Wärme freisetzen, können sie ihre Temperatur fast konstant und über der Aussentemperatur halten.

Gleichwarme Tiere haben ihren Stoffwechsel bei einer bestimmten Temperatur optimiert und er läuft unabhängig von der Aussentemperatur ab, aber wenn die Innentemperatur sich leicht verändert, hat das bereits fatale Folgen bis zum Tod. Viele von ihnen machen einen Winterschlaf, indem Temperatur und Körperfunktionen reduziert werden. Andere machen eine Winterruhe, sind also auch mal wach und fressen Vorräte. Es gibt auch Tiere, die einen Sommerschlaf machen.

Kleine Tiere brauchen auf die gleiche Masse mehr Energie als grosse. Die Wärme entsteht im Körperinnern und wird über die Körperoberfläche abgegeben (verloren). Das Verhältnis Volumen zu Oberfläche wird mit grösseren Werten günstiger.

Nur bei gleichwarmen Tieren. Bei verwandten Arten sind die Tiere in kalten Gegenden grösser als in warmen. Wärmeproduktion im Verhältnis zum Volumen, Wärmeverlust im Verhältnis zur Oberfläche.

Nur bei gleichwarmen Tieren. Bei verwandten Arten haben Tiere in kalten Gebieten kürzere Köpreranhänge wie Beine, Ohren und Schwänze und verringern so ihre Körperoberfläche und somit den Wärmeverlust.

Sagt aus, wie viel Licht eine Pflanze braucht.

Licht fördert auch die Blütenbildung und beeinflusst den inneren Aufbau, bspw. Blattdicke. Sonnenblätter sind dicker mit einer dicken Schicht von Zellen mit Chloroplasten (Palisadengewebe) für Fotosynthese. Schattenblätter sind dünn und gross, da sie nur wenig Licht bekommen.

Parasiten leben auf oder in einem Wirt und ernähren sich von ihm, ohne ihn dabei zu töten. Es gibt permanente Parasiten, die ständig beim Wirt sind und temporäre, die ihn gelegentlich für Nahrung besuchen. Auf dem Wirt sind Ektoparasiten, im Wirt sind Endoparasiten. Manche Parasiten sind wirtspezifisch.

Wenn zwei Arten zusammenleben und beide daraus Vorteile ziehen, nennt man das Symbiose. Ist der Grössenunterschied enorm, ist der grosse der Wirt und der kleine der Symbiont. Dieses Zusammenspiel ist nicht immer freiwillig, aber wer den Vorteil will, muss seinen eigenen zur Verfügung stellen.

Die Populationen einer Biozönose werden in Produzenten, Konsumenten und Destruenten eingeteilt. Die Gruppen heissen Trophie-Ebenen.

• Die Produzenten sind autotroph und stellen organische Stoffe aus anorganischen her, z. B. bei der Fotosynthese.
• Die Konsumenten sind heterotroph und nehmen organische Stoffe durch Nahrung auf, ernähren sich also von lebendem. Es gibt Primärkonsumenten, das sind Pflanzenfresser, Sekundärkonsumenten, das sind Fleischfresser die Pflanzenfresser fressen und Tertiärkonsumenten, das sind Fleischfresser die Fleischfresser fressen.
• Die Destruenten sind heterotroph und ernähren sich von Überresten und Ausscheidungen von Arten. Das ist tote Biomasse, wo sie organische zu anorganischen Stoffe abbauen. Damit schliessen sie den Kreislauf. Es gibt Zerleger, dazu gehören Aasfresser, Totholzfresser, Kotfresser, die Leichen und Reste zerlegen und Mineralisierer, die nach den Zerlegern die verbleibende organischen Stoffe abbauen (Pilze, Bakterien).

Die Nahrungskette führt vom Produzenten über die verschiedenen Konsumentenarten. Da eine Art nicht nur eine andere als Feind bzw. Beute hat, sind die Nahrungsketten zu Nahrungsnetzen verzweigt.

Die gesamte Masse an energierechen Stoffen, die von Produzenten gebildet werden, heisst Bruttoprimärproduktion (=BPP). Davon abgezogen wird der Teil, der dissimiliert wird. Der Rest ist die Nettoprimärproduktion (NPP, ca. 50%).

• Produzenten wandeln 1% der Sonnenenergie in chemische Energie um.

• Bei jeder Ebene: 50% Dissilimation, 40% Destruenten => 10% erreichen Konsumenten nächster Ebene

• in den organischen Verbindungen der Lebewesen und ihrer Reste
• als Kohlenstoffdioxid in der Luft und im Wasser gelöst
• in Carbonaten wie Kalk im Boden, in Gesteinen und im Wasser gelöst
• in fossilen organischen Kohlenstoffverbindungen wie Kohle, Erdöl und Erdgas

Unter natürlichen Bedingungen ist der Kohlenstoffkreislauf geschlossen, und die Gewinn-Verlust-Bilanz ausgeglichen

Der Mensch bringt mit seinen Emissionen ( Industrialisierung, Verbrennung von Fossilen Treibstoffen, Waldrodungen, … ) den Kohlenstoffkreislauf der Erde aus dem Gleichgewicht. Er emittiert mehr CO2 in die Luft, als dass es die Pflanzen und Meere aufnehmen können.

Evolution meint die allmähliche Veränderung und Entwicklung der Lebewesen von Generation zu Generation und ist ein fortlaufender Prozess. Sie beruht auf dem Fakt, dass Lebewesen vererbbare - und veränderbare - Eigenschaften haben, die sich entwickeln.

vor ca. 13.8 Milliarden Jahren entstand Materie, Zeit und Raum durch den Urknall. Unser Planetensystem und die Erde bildeten sich vor ca. 4.6 Milliarden Jahren. Die ältesten Gesteine der Erde werden auf 3.9 Milliarden Jahre datiert. Seit etwa 3.5 Milliarden Jahren gibt es auf der Erde Leben.

Das Leben nahm seinen Anfang bei der Entstehung von organischen Substanzen (=energiereiche Stoffe mit Kohlenstoff) aus anorganischen. Aus einzelnen chemischen Elementen und einfachen anorganischen Verbindungen entstanden im Rahmen der chemischen Evolution kompliziertere organische Verbindungen. Die Atmosphäre bestand damals aus Kohlenstoffdioxid und anderen Gasen und enthielt noch keinen Sauerstoff. Laut der Oparin-Haldane-Hypothese sind diese komplizierten Verbindungen in den Urozeanen durch die damals viel stärkere UV-Strahlung und durch die vielen  Blitze entstanden. Im Laufe von Millionen von Jahren ist dann eine organische Ursuppe entstanden, in der sich das Leben entwickelt habe.

Heute nimmt man an, dass zunächst nur RNA existierte. Diese hat die Eigenschaft, sowohl Informationen zu speichern als auch in Form von Ribozymen Stoffwechselvorgänge anzukurbeln, also wie die Enzyme als Katalysator zu wirken. Das heisst, die RNA konnte sich am Anfang selbst produzieren und vervielfältigen und erst später kam dann die - stabiliere - DNA dazu.

• In den warmen Ozeanen entwickelten sich die ersten Prokaryoten, also einfach gebaute, einzellige Lebewesen ohne Zellkern. Ihre Energie erhielten sie durch Gärung. Ihre Biomasse (=Substanz, aus der sie bestehen) bauten sie mit Fotosynthese oder Chemosynthese auf.
• Durch Cyanobakterien sammelte sich in der Erdatmosphäre langsam Sauerstoff an. Der steigende Sauerstoffgehalt  führte zum Aussterben vieler Prokaryoten mit anaerobem Stoffwechsel weil er in ihnen giftige Reaktionsprodukte entstehen liess, die sie nicht abbauen konnten. Dafür entwickelte sich der aerobe Stoffwechsel (Zellatmung), der bis heute Bestand hat.

Die Entwicklung des Zellkerns und damit die Entstehung der Eukaryoten vor 1.7 Mia. Jahren war ein grosser Schritt in der Evolution. (Eukaryoten können ebenfalls Einzeller sein, wichtig ist Zellkern!) Sie sind eindeutig grösser und komplexer gebaut als Prokaryoten und im Innern in Kompartimente (= Organellen) geteilt, die durch Membranen getrennt werden.  Sie sind dadurch leistungsfähiger als Prokaryoten.

Man geht davon aus, dass Mitochondrien und Chloroplasten ursprünglich mal aerobe Prokaryoten bzw. Cyanobakterien (fotosynthetisch-aktive Bakterien) waren und als solche von anderen Prokaryoten verschluckt wurden. Indizien: Organellengrösse vergleichbar mit heutigen Prokaryoten, doppelte Zellmembran, DNA, Ribosomen.

• Prokaryoten
• Eukaryoten
• Mehrzeller
• Pflanzen gehen an Land
• Tiere gehen an Land

Mehrzeller können besser auf Umwelteinflüsse reagieren und ihre Zellen können sich spezialisieren und jeweils unterschiedliche Aufgaben übernehmen.

Die erste reichhaltige Fauna hiess Ediacara-Fauna. Der Meeresgrund war dort von Bakterienrasen überdeckt, von welchen sich wahrscheinlich die auf dem Meeresgrund liegenden Tiere ernährten. Zudem gab es auch sich im freien Wasser bewegende, quallenähnliche Organismen.

Das Verschwinden der Ediacara-Fauna war das erste Massenaussterben, die Ursache ist unklar.

Nachdem sich mit dem produzierten Sauerstoff eine Ozonschicht gebildet hatte, der die Lebewesen vor UV-Strahlung schützte, eroberten erst Pflanzen und dann Tiere die Landmassen.

+ mehr Sonneneinstrahlung und dadurch effizientere Fotosynthese, ausserdem standen mehr Mineralstoffe zur Verfügung und anfangs gab es kaum Fressfeinde

- Es gab auch Nachteile. Deshalb entwickelten Pflanzen folgendes: Leitgefässe (Blattadern) zum Stofftransport, Kutikula (=Wachsschicht zum Schutz vor Verdunstung), Spaltöffnungen für den Gasaustausch, Festigungsgewebe aus Cellulose, Wurzelsysteme für Halt und Stoffaufnahme und Wind/Insekten/Samen für die Fortpflanzung.

Dank stetiger Verbesserung entstanden nach Moosen auch Farne und später erste baumartige Pflanzen und dadurch Wälder. Moose haben im Gegensatz zu Algen Spaltöffnungen, Farne haben Festigungsgewebe und können dadurch nach oben wachsen.

Die Chordatiere haben einen elastischen Stützstab im Rückenbereich. Die Wirbeltiere oder auch Schädeltiere haben alle einen Schädel und eine Wirbelsäule. Aus ihnen entwickelten sich die Kiefermäuler (Vögel, Fische, Säugetiere …), die aus ihren Kiemenbögen Kieferapparate ausbildeten. Die ersten von ihnen waren die Knorpelfische, die ein Skelett aus Knorpel haben. Später kamen die Knochenfische, diese haben ein Skelett aus Knochen.

Die Übergangsform von Knochenfischen zu Amphibien war die Tiktaalik. Es hatte Beschuppung, flossenartige Gliedmassen, Kiefer aber auch einen beweglichen Hals und einen breiten Schädel. Dann kamen die Amphibien; die Füsse entstanden aus den Flossen und sie waren die ersten Tetrapoden (=Vierfüsser). Sie entwickelten zu den Kiemen auch Lungen.  Danach entstanden Reptilien, die noch Schuppen haben.

Zuerst entwickelten sich aber an Land die Gliederfüssler wie Spinnen, Skorpione und flügellose Insekten.

• stammesgeschichtliche Verwandtschaft, fossile Arten sind nicht ausgestorben, sondern haben sich laufend weiterentwickelt (Gegensatz zur Artkonstanz).
• Häufiger Gebrauch eines Organs führt zu stärkerer Ausbildung/Optimierung, seltener/kein Gebrauch zu Rückbildung/Verschwinden. Dies geschieht aus einem inneren Bedürfnis wegen der Umweltbedingungen und wird an Nachkommen vererbt => Lamarckismus
• Alle Tierklassen entstanden unabhängig voneinander, es gibt keine gemeinsame Abstammung
  • Heute widerlegt

• Überproduktion von Nachkommen bei gleichbleiben von Population.
• Alle Individuen einer Art unterscheiden sich zumindest geringfügig voneinander.
• Es gibt einen dauernden Wettbewerb um Ressourcen (Nahrung, Schutz usw.).
  • Dies führt zu Rivalitäten und dem Kampf ums Überleben => Struggle for Life
  • Nur die am besten angepassten Individuen überleben => Survival of the fittest
  • Diese geben wiederum ihre Gene an nachfolgende Generationen weiter und über längere Zeit verändert sich die Art => Natural Selection
    • Das bedeutet, sie können sich passiv an veränderte Umweltbedingungen anpassen.

Innert einer Population setzen sich die am besten angepassten Individuen durch und pflanzen sich fort. Dies heisst natürliche Selektion. Damit nimmt die Häufigkeit bestimmter Allele in der Folgegeneration zu und die Art verändert sich langsam.

Der Fortpflanzungserfolg wird bestimmt durch Lebenserwartung (=Zeit, auf Partner zu treffen), Eroberung, Fruchtbarkeit und frühe Geschlechtsreife.

Stabilisierende Selektionen beseitigt die extremen Varianten und tritt dann auch, wenn die Population gut an die Umwelt angepasst ist und Mutationen einen Nachteil bringen.

Gerichtete und dynamische Selektion bedeuten, Mutationen haben gegenüber dem Original einen Vorteil weil sich die Umweltbedingungen zu Ungunsten des Originals verändert haben.

Aufspaltende oder disruptive Selektion führt zu verschiedenen Unterarten, die in verschiedenen Lebensräumen überleben.

• Abiotische Selektionsfaktoren sind Temperatur, Feuchtigkeit, Licht, Strömungen. Z. B. kann, wer keine Flügel hat, bei starkem Wind nicht weggeweht werden. Die Mutation setzt sich durch.
• Biotische Selektionsfaktoren gehen von Fressfeinden und Erregern aus. Z. B. leben Menschen mit ungesundem Blut länger, weil die Blutveränderung zu Immunität gegenüber Krankheiten führt => Kompromiss.
• Sexuelle Selektionsfaktoren gehören zu den biotischen. Bei der intersexuellen geht es um die Wahl des Partners durch das Weibchen, mit dem es Nachkommen zeugt. Bei der intrasexuellen geht es um den Zugang zum Geschlecht, z. B. durch Kämpfe bei den Männchen.
• Künstliche Selektionsfaktoren gehen vom Menschen aus (Zucht).

Er kommt bei Neubesiedlungen, Auswanderungen, Katastrophen und Auftrennung von Populationen vor. Das heisst, ein paar Individuen sind vom Rest der Population isoliert und deren Genpool hat sich drastisch verkleinert. Sie sind in ihrem Gebiet die Gründerpopulation. Weil der Genpool kleiner ist und darum weniger Varianten entstehen können, nennt man das Flaschenhalseffekt. Gene, die in der ursprünglichen aber nicht in der Gründerpopulation existieren, sind innert derer ausgestorben. So können sie sich schlechter an veränderte Umweltbedingungen anpassen.

Die Ähnlichkeit eines Merkmals ist auf die ähnliche Lebensweise zurückzuführen. Sie sind analog und entstehen durch Konvergenz. Das heisst, zwei nicht verwandte Arten passen sich den gleichen Umweltbedingungen an und unterstehen gleichen Selektionsfaktoren, haben aber keine gemeinsame Abstammung.