Lernkarten Biologie - Kapitel 6: Ökologie

Definitionen

• Ökologie: Die Wissenschaft von den Beziehungen zwischen Organismen und ihrer belebten und unbelebten Umwelt sowie vom Stoff- und Energiehaushalt der Erde und ihrer Ökosysteme.
• Ökosystem: Ein mehr oder weniger deutlich abgegrenzter Bereich mit all seinen Bewohnern (Biozönose) und den dort herrschenden Umweltbedingungen (Biotop).
• Biotop (Lebensraum): Der Lebensraum einer Biozönose, der durch abiotische Faktoren (unbelebte Umweltfaktoren) charakterisiert ist.
  • Beispiel Teich: Wasser, Licht, Temperatur, Bodenqualität.
• Biozönose (Lebensgemeinschaft): Die Gesamtheit aller Organismen (Pflanzen, Tiere, Pilze, Mikroorganismen), die in einem Biotop leben und miteinander in biotischen Wechselwirkungen stehen.
  • Beispiel Teich: Fische, Algen, Wasserflöhe, Libellenlarven, Bakterien.
• Biodiversität: Die Vielfalt des Lebens auf verschiedenen Organisationsebenen:
  • Artenvielfalt: Anzahl verschiedener Arten in einem Gebiet.
  • Genetische Vielfalt: Vielfalt der Allele innerhalb einer Art/Population.
  • Vielfalt der Ökosysteme: Unterschiedliche Lebensräume und ihre Gemeinschaften.

Abiotische Faktoren

Unbelebte Umweltfaktoren, die auf Lebewesen einwirken.

• Klima und Lage:
  • Licht: Intensität, Dauer, Rhythmus (wichtig für Fotosynthese, Aktivitätszyklen).
  • Temperatur: Beeinflusst Stoffwechselrate (Enzymaktivität), Toleranzbereiche von Organismen.
    • Anpassungen Pflanzen: Frostschutz, spezielle Enzyme.
    • Anpassungen wechselwarme Tiere: Verhaltensanpassung (Sonnenbaden, Schatten suchen).
    • Anpassungen gleichwarme Tiere: Regulation der Körperwärme (Fell, Federn, Fettschicht, Schwitzen, Hecheln), Bergmannsche/Allensche Regel (Körpergröße/-anhänge in Relation zum Klima).
  • Niederschlag: Menge, Verteilung (Wasserverfügbarkeit).
  • Wind: Stärke, Richtung (Verbreitung, Austrocknung).
• Boden: Bodentyp, Bodenstruktur, pH-Wert, Mineralgehalt, Humusgehalt, Wasserhaltefähigkeit, Bodenfeuchtigkeit, Wasserdurchlässigkeit, Bodendurchlüftung.
• Luft: Chemische Zusammensetzung (O₂, CO₂), Luftfeuchtigkeit, Luftdruck.

Beispiel Wasserhaushalt Pflanzen: Aufnahme über Wurzeln, Transport in Gefäßen, Abgabe als Wasserdampf über Blätter (Transpiration) – dient auch der Kühlung. Trockenheit stellt einen Konflikt dar (Wasser sparen vs. CO₂-Aufnahme für Fotosynthese).

Biotische Faktoren

Einflüsse, die von anderen Lebewesen ausgehen. Wechselwirkungen können positiv (+), negativ (-) oder neutral (0) für die beteiligten Arten sein.

• Nahrungsbeziehungen:
  • Fressfeinde: Organismen, die andere Lebewesen als Nahrungsquelle nutzen.
  • Räuber-Beute-Beziehungen (+/-): Räuber tötet und frisst Beute.
• Konkurrenz (-/- oder -/0): Wettbewerb um begrenzte Ressourcen (Nahrung, Lebensraum, Licht, Partner).
  • Intraspezifisch: Zwischen Individuen derselben Art.
  • Interspezifisch: Zwischen Individuen verschiedener Arten.
• Wirt-Parasit-Beziehungen (+/-): Parasit lebt auf oder im Wirt, ernährt sich von ihm und schädigt ihn (tötet ihn i.d.R. nicht direkt).
• Symbiosen (+/+ oder +/0): Enges Zusammenleben zweier verschiedener Arten zum gegenseitigen Nutzen oder zum Nutzen einer Art, ohne die andere zu schädigen.
  • Beispiel: Flechten (Pilz + Alge/Cyanobakterium).

Produzenten, Konsumenten, Destruenten

Lebewesen lassen sich nach ihrer Funktion in der Biozönose einteilen:

• Produzenten (Primärproduzenten):
  • Sind autotroph (meist Pflanzen, Algen, Phytoplankton).
  • Bilden die Basis der Nahrungsketten, indem sie energiereiche organische Stoffe aus anorganischen Stoffen (CO₂, H₂O) mithilfe von Energie (meist Sonnenlicht durch Fotosynthese) herstellen.
  • Produzieren Biomasse.
• Konsumenten:
  • Sind heterotroph, ernähren sich von anderen Lebewesen.
  • Primärkonsumenten (1. Ordnung): Pflanzenfresser (Herbivore), ernähren sich von Produzenten.
  • Sekundärkonsumenten (2. Ordnung): Fleischfresser (Karnivore), ernähren sich von Primärkonsumenten.
  • Tertiärkonsumenten (3. Ordnung) etc.: Fleischfresser, die andere Fleischfresser fressen.
  • Allesfresser (Omnivore): Ernähren sich von Pflanzen und Tieren (z.B. Mensch, Schwein).
• Destruenten (Reduzenten):
  • Sind heterotroph, bauen tote organische Substanz (Detritus: abgestorbene Pflanzen, Tierkadaver, Ausscheidungen) ab.
  • Zerleger: Zerkleinern Detritus mechanisch (z.B. Regenwürmer, Asseln, Aasfresser).
  • Mineralisierer: Bauen die organischen Verbindungen chemisch zu einfachen anorganischen Stoffen (Mineralstoffe, CO₂, H₂O) ab (z.B. Bakterien, Pilze).
  • Schließen den Stoffkreislauf im Ökosystem, indem sie Nährstoffe wieder für Produzenten verfügbar machen.

Nahrungskette und Nahrungsnetz

• Nahrungskette: Eine lineare Abfolge von Organismen, bei der jedes Glied Nahrung für das nächsthöhere Glied darstellt (z.B. Pflanze → Raupe → Vogel → Fuchs). Zeigt den Energiefluss.
• Nahrungsnetz: Ein komplexes Gefüge miteinander verbundener Nahrungsketten in einem Ökosystem, da die meisten Organismen mehrere Nahrungsquellen haben und von mehreren Feinden gefressen werden.
• Trophieebenen: Die verschiedenen Stufen in einer Nahrungskette/netz (Produzenten, Primärkonsumenten, Sekundärkonsumenten etc.).

Primärproduktion, Energiefluss und Stoffkreislauf

• Bruttoprimärproduktion (BPP): Die Gesamtmenge an organischer Substanz (oder Energie), die von Produzenten pro Zeiteinheit durch Fotosynthese gebildet wird.
• Nettoprimärproduktion (NPP): Die BPP abzüglich des Eigenverbrauchs der Produzenten durch Zellatmung. Die NPP stellt die Biomasse dar, die den Konsumenten der nächsten Trophieebene zur Verfügung steht.
• Energiefluss:
  • Energie fließt gerichtet (als Einbahnstraße) durch ein Ökosystem.
  • Beginnt mit Sonnenenergie, die von Produzenten in chemische Energie (Biomasse) umgewandelt wird.
  • Bei jedem Übergang von einer Trophieebene zur nächsten gehen ca. 90% der Energie verloren (als Wärme durch Zellatmung, nicht verwertbare Biomasse, Ausscheidungen). Nur ca. 10% werden in die Biomasse der nächsten Ebene eingebaut (10%-Regel).
  • Dies begrenzt die Länge von Nahrungsketten.
• Stoffkreislauf:
  • Chemische Elemente (z.B. Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor) werden im Ökosystem recycelt und zirkulieren zwischen belebter (Biozönose) und unbelebter (Biotop) Umwelt.
  • Produzenten nehmen anorganische Stoffe auf, Konsumenten fressen Produzenten oder andere Konsumenten, Destruenten zersetzen tote organische Substanz und führen die Nährstoffe wieder in anorganischer Form zurück.
• Kohlenstoffkreislauf:
  • Fotosynthese bindet atmosphärisches CO₂ in organischen Verbindungen (Glucose).
  • Zellatmung aller Organismen setzt CO₂ wieder frei.
  • Weitere Prozesse: Verbrennung, Zersetzung, Lösung von CO₂ im Wasser, Bildung fossiler Brennstoffe über lange Zeiträume.

Beispiel: Gewässerökosystem

• Produzenten: Phytoplankton (mikroskopische Algen, Cyanobakterien), größere Algen, Wasserpflanzen, Uferpflanzen.
• Konsumenten:
  • Zooplankton (kleine Krebstiere, Rädertierchen), die Phytoplankton fressen (Primärkonsumenten).
  • Kleine Fische, Insektenlarven, Muscheln, die Zooplankton oder Pflanzen fressen.
  • Größere Fische, Amphibien, Wasservögel als höhere Konsumenten.
• Destruenten: Bakterien, Pilze, Würmer am Gewässergrund, die totes organisches Material zersetzen.

Veränderung der Landschaft

• Zerstörung natürlicher Lebensräume:
  • Bebauung: Siedlungen, Industrie, Verkehrswege.
  • Umwandlung in Agrarflächen: Monokulturen, Verlust von Hecken und Feuchtgebieten.
  • Flussbegradigung und Kanalisierung: Verlust von Auenlandschaften und Überschwemmungsgebieten.
  • Trockenlegung von Feuchtgebieten: Verlust wichtiger Biotope.
  • Abholzung von Wäldern: Verlust von Lebensraum, Bodenerosion, CO₂-Speicherverlust.
  • Fragmentierung von Lebensräumen: Zerschneidung durch Straßen etc., Isolation von Populationen.

Chemische Belastungen

• Boden:
  • Schadstoffeintrag: Durch sauren Regen, Düngemittel, Pestizide, unsachgemäße Abfallentsorgung.
  • Bodenverdichtung: Durch schwere Maschinen, Verlust der Bodenfruchtbarkeit und Wasseraufnahmefähigkeit.
  • Versiegelung: Überbauung verhindert natürliche Bodenfunktionen.
• Luft:
  • Luftschadstoffe: Feinstaub, Stickoxide (NOx), Schwefeldioxid (SO₂), Ozon (O₃), Kohlenmonoxid (CO) aus Industrie, Verkehr, Haushalten.
  • Folgen: Smog, Saurer Regen, Atemwegserkrankungen, Schädigung von Pflanzen.
• Gewässer:
  • Düngemittel und organische Abwässer: Führen zu Eutrophierung (Überdüngung), Algenblüten, Sauerstoffmangel, Fischsterben.
  • Mikroverunreinigungen: Medikamentenrückstände, Pestizide, Industriechemikalien, hormonaktive Substanzen.
  • Schwermetalle.
  • Bioakkumulation/Biomagnifikation: Anreicherung von Schadstoffen (z.B. DDT, Schwermetalle) in der Nahrungskette.

Ausbeutung von Rohstoff- und Energiequellen

• Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas): Hauptursache für den Anstieg von CO₂ in der Atmosphäre und den Klimawandel (Treibhauseffekt). Störung des globalen Kohlenstoffkreislaufs.
• Waldrodungen (v.a. Regenwälder): Verlust von CO₂-Speichern, Freisetzung von CO₂, Verlust von Biodiversität.
• Übernutzung von Bodenschätzen: Abbau von Erzen, seltenen Erden, Sand, Kies mit oft erheblichen Umweltschäden.
• Überfischung der Meere.

Verminderung biologischer Vielfalt

Verlust der Biodiversität durch:

• Lebensraumzerstörung und -fragmentierung (siehe oben).
• Ausrottung von Arten durch Überjagung, Lebensraumverlust.
• Einschleppung invasiver Arten (Neobiota):
  • Neozoen (Tiere): z.B. Waschbär, Asiatischer Marienkäfer, Signalkrebs, Braune Nachtbaumnatter auf Guam.
  • Neophyten (Pflanzen): z.B. Riesenbärenklau, Japanischer Staudenknöterich, Drüsiges Springkraut, Sommerflieder.
  • Probleme: Oft keine natürlichen Feinde im neuen Gebiet, hohe Konkurrenzkraft, Verdrängung heimischer Arten, Prädation auf heimische Arten, Übertragung von Krankheiten.

Natur- und Umweltschutzmaßnahmen

Planvolles Handeln zur Erhaltung und Wiederherstellung von Ökosystemen und Biodiversität.

• Renaturierung: Wiederherstellung geschädigter Ökosysteme.
  • Beispiele: Rückbau von Flussbegradigungen (z.B. Thurauen), Wiedervernässung von Mooren, Aufforstung.
• Schutzgebiete: Ausweisung von Gebieten zum Schutz seltener Arten und Lebensräume.
  • Beispiele: Nationalparks, Naturschutzgebiete, Biosphärenreservate, Natura-2000-Gebiete.
  • Dienen dem Erhalt der Biodiversität, ermöglichen nachhaltige Entwicklung (z.B. Ökotourismus).
• Artenschutzprogramme.
• Reduktion von Schadstoffemissionen.
• Nachhaltige Nutzung von Ressourcen.