Grundlagen Ökologie

Die Gesamtheit der Organismen, die miteinander unter natürlichen Bedingungen sich effektiv fortpflanzende Nachkommen hervorbringen können.

Ähnlichkeiten:

• Erbgut
• Merkmale
• Ansprüche an den Lebensraum
• Wechselbedingungen mit anderen Organismen
• Funktionen im Ökosystem

Bei Anpassung an unterschiedliche Umweltbedingungen innerhalb einer Art spricht man von ÖKOTYPEN.

1. Variabilität der Merkmale innerhalb einer Art.
2. Vererblichkeit der variablen Merkmale.
3. Selektrionsdruck (nur ein kleiner Teil der Nachkommen überlebt).
4. Unterschiedliche Fitness (Anzahl Nachkommen je nach Merkmal).
5. Selektrionsvorteil (vorteilhafte Merkmale setzen sich durch).

Wenn sich Nachkommen so verschieden entwickelt haben, dass sich ihre gemeinsamen Nachkommen nicht mehr langfristig fortpflanzen können.

1. Allopatrie: Schwer überwindbare geografische Grenze.
2. Sympatrie: Unterschiedliche Lebensweise oder Fortpflanzung am gleichen Ort.

Umweltbedingungen sind chemische und physikalische Eigenschaften der Umwelt: Temperatur, Niederschlag, Sonneneinstrahlung, Wind, pH-Wert, ... Sie werden durch Organismen beeinflusst aber nicht verbraucht.

Beschreibung durch Reaktionskurven:

• Letal in extremen Intensitäten
• Letal bei hoher Intensität
• Benötigt in geringer Konzentration aber letal bei hoher Intensität.

Ressourcen werden für das Überleben von Organismen benötigt und durch diese verbraucht: Licht, Wasser, Kohlenstoff, mineralische Nährstoffe.

Einfluss von Ressourcen:

• Limitierung: Positiver Zusammenhang zwischen Verfügbarkeit und Leistung.
• Sättigung: Kein Zusammenhang zwischen Verfügbarkeit und Leistung.
• Hemmung: Negativer Zusammenhang zwischen Verfügbarkeit und Leistung.

Die ökologische Nische umfasst alle Umweltbedingungen und Ressourcen, unter welchen eine Art leben und sich fortpflanzen kann.

Mehrere, ähnliche Arten konkurrieren bis zur Verdrängung oder leben nebeneinander durch Nischendifferenzierung jeder in seiner realisierten Nische (ist Teil der fundamentalen Nische).

• Adaption: Anpassung durch Spezialisierung im Laufe der Evolution (Selektion).
• Akklimatisation: Anpassung im Laufe des Lebens bei entsprechenden genetischen Grundlagen.
• Migration: Ausweichen in günstigere Umweltbedingungen im Laufe des Lebens (bei entspr. gen. Grundl.)

Eine Anpassung ist immer mit zusätzlichen Kosten verbunden, welche zu Lasten des Wachstums oder der Fortpflanzung gehen und bei günstigen Umweltbedingungen einen Organismus benachteiligen. Eine Anpassung wird sich also nur lohnen, wenn diese ständig oder wiederholt für das Überleben notwendig ist.

Verhalten von Organismen in Wechselwirkung mit dem Verlauf der Jahreszeiten.

-> Aufzeichnungen z.B. zum Frühlingsanfang (Frühlingsindex) seit 1808, wichtig z.B. für die Landwirtschaft.

Ektotherm: Sind auf externe Energiequellen zur Regulation des Stoffwechsels angewiesen (Wirbellose, Fische, Reptilien, Amphibien). Benötigen keine Energie, sind aber auf externe Quellen angewiesen.

Endotherm: Regulieren Stoffwechsel durch eigene Wärmeproduktion. Sind so unabhängig, benötigen dafür aber auch mehr Energie.

• Polyphag: Generalisten mit breitem Speiseplan, mit Vorlieben und Rangfolge. Nehmen die Nahrung nicht sehr effizient auf, sind dafür aber flexibler und unabhängiger.
• Monophag: Auf eine Art oder ein kleines Spektrum spezialisiert, müssen länger suchen, sind dabei aber effektiver.
• Herbivor: Fressen nur Pflanzen mit hohem C/N-Verhältnis und viel Energie, benötigen dafür aber länger (Zerkleinern) und spezielle Enzyme oder einen Mutualismus im Verdauungstrakt.
• Karnivor: Tierische Nahrung enthält alle nötigen Ressourcen und ist leicht zu verdauen, benötigt aber mehr Energie bei der Erbeutung.

Verhalten, das beim Räuber zu höherem Energieaufwand führt:

• physikalische Abwehrmechanismen: Stacheln, Nussschale
• chemische Abwehrmechanismen: Giftstoffe
• morphologische Abwehrmechanismen: Epidermishaare
• Verteidigungsverhalten: Flucht, Drohung, Angriff

Das Verhalten kann konstitutiv (im Vornherein aber teuer) oder induziert (akut, nachträglich und weniger teuer) sein.

Ein Ökosystem ist eine funktionale Einheit von biologischen Lebensgemeinschaften (Biozönose) und deren Wechselwirkungen mit der abiotischen Umwelt.

Ökosystemfunktionen werden von den Bewohnern des Ökosystems für das Ökosystem erbracht (ecosystem services): Bestäubung, Nahrungsmittelproduktion, Klimareduktion, Reduktion des Wasserhaushaltes, Erhaltung der genetischen Vielfalt, ...

Unterteilung nach ähnlichen Funktionen der Organismen und unbelebten Elemente:

1. Primärproduzenten
2. Konsumenten
3. Destruenten
4. Tote organische Substanz

Die Nettoprimärproduktion ist die effektiv in Biomasse gespeicherte Teil der Energie, der durch Photosynthese fixiert wurde.

Die Sekundärproduktion ist die Biomasseproduktion von heterotrophen Organismen (durch Verzehr von Primärproduzenten und anderen Konsumenten).

Die Stickstoff-Mineralisationsrate ist die Rücklaufgeschwindigkeit von organischen Stickstoffverbindungen innerhalb eines Ökosystems.

Produzenten -> Konsumenten -> totes organisches Material -> Destruenten -> Anorganische Stoffe -> Produzenten ...

1. Wald: Produzenten sterben grösstenteils ohne Einfluss von Konsumenten und werden dann von den Destruenten abgebaut -> Respiration.
2. Grasland: Produzenten werden grösstenteils konsumiert und dann als tote Substanz akkumuliert.
3. Plankton: Produzenten werden zu gleichen Teilen tote Substanz und konsumiert. Die Konsumenten respirieren ähnlich viel wie die Destruenten.

1. Ursachen: Welche Signale löst das Verhalten aus? Welche Vorgänge und Körperteile sind daran beteiligt?
2. Entwicklung: Wie entsteht das Verhalten im Organismus? Vor der Geburt oder durch Lernen?
3. Funktion: Welche Folgen/Nutzen hat das Verhalten für den Organismus und das Ökosystem?
4. Evolution: Wie und warum ist das Verhalten selektiert worden?

Beispiel männlicher Löwe tötet alle Jungen bei Übernahme des Rudels:

1. Erkennt eigene Junge am Geruch, wird aggressiv bei fremdem Geruch.
2. Da Lernen durch das Verhalten ausgeschlossen wird, ist es wohl schon vor der Geburt angelegt worden.
3. Weibchen werden nach Verlust der Jungen schneller wieder trächtig.
4. Männchen zeugen mehr und schneller Junge, wenn sie sofort nach Übernahme des Rudels beginnen.

Natürliche Variation: Individuen von verschiedenen Standorten gemeinsam aufziehen: Bleibt das Verhalten bestehen, ist es vererbt.

Genaue Bestimmung meist sehr schwer -> Schätzung

• Bestimmung der Biomasse, des Volumens, der Bedeckung (bei modularen Organismen
• Messung der Aktivität von Tieren (Stimmen, Spuren, ...)
• Fang-Wiederfang-Methode (Fangen, alle markieren, wiederfangen: Prozentsatz der Markierten x Anzahl des ersten Fangs = Grösse der Population).

• Geburtenrate
• Sterberate
• Immigrationsrate
• Emigratinosrate

dN = G - S + I - E

Relative Wachstumsrate dN/dt = r*N

Phasen, die ein Organismus zwischen Geburt und Tod durchläuft.

• anuell: lebt nur ein Jahr
• perennierend: lebt zwei oder mehrere Jahre

Können alle in Dormanz (z.B. als Samen) für lange Zeit lebensfähig bleiben.

• unitär: Organismus besteht aus einem integrativen Hauptteil.
• modular: Organismus unterteilt Funktionen auf verschiedene Unterteile.

Unterscheidung nach Fortpflanzung:

• semelpar: Organismus stirbt nach erster Fortpflanzung.
• iteropar: Organismus pflanzt sich mehrmals fort.

Stationäre Lebenstafeln beschreiben als Momentaufnahme die Populationsgrösse und die Anteile der verschiedenen Altersklassen.

Kohortenlebenstafeln beschreiben das Schicksal einer Generation (Geburt in Zeitintervall) als Tendenz von Geburt bis zum Tod:

• A: Anzahl der Lebenden zu Beginn jeder Altersklasse.
• L: Gesamtanteil Überlebender in der Altersklasse (= A / N)
• F: Anzahl produzierter Nachkommen durch Individuen der Altersklasse.
• M: Anzahl der produzierten Nachkommen im Verhältnis der Lebenden der Altersklasse (= F / A)
• LM: Anzahl der produzierten Nachkommen im Verhältnis der ursprünglichen Individuen (= L * M)
• Summe aller LM ergibt die Netto-Reproduktionsrate R (Wachstum durch diese Generation)

Konkurrenz: -/-

• direkte Konkurrenz (Interferenz): Kampf, Gift -> reduzierte Fitness durch Verletzung
• indirekte Konkurrenz: reduzierte Fitness durch Einschränkung der Ressourcen

Interspezifische Konkurrenz

• Konkurrenzausschluss
• Nischendifferenzierung

Intraspezifische Konkurrenz:

• Selbstausdünnung (bei Dichteabhängigkeit)
• geringeres Wachstum, erhöhte Sterberate, reduzierte Reproduktion

Prädation: +/-

• Echte Räuber (Prädatoren)
• Weidegänger
• Spezialisten: Optimiertes Verhältnis zwischen Nutzen und Kosten
• Generalisten: Nahrungsaufnahme oft energetisch nicht optimal

Parasitismus: +/-

• Mikro- und Makroparasiten
• Ekto- und Endoparasiten
• vertikale und horizontale Übertragung
• direkte und indirekte Übertragung
• Hemi- und Holoparasiten

Mutualismus: +/+

• Mykorrhiza und Knöllchenbakterien

Logistisches Wachstum:

• S-förmiger Verlauf der Populationsgrösse
• exponentiell bei konstanten Geburts- und Sterberaten
• logistisch bei Annähnerung einer Kapazitätsgrenze

Dichteabhängiges Wachstum

• Dichteeffekte durch intraspezifische Konkurrenz
• Mortalität und Natalität werden durch Dichte beeinflusst
• Gleichgewicht stellt sich bei Kapazitätsgrenze ein