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Glossar/Definitionen...

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jn(Populationsökolgie) Begriffe Intraspezifische Beziehung / Konkurrenz Interspezifische Beziehung 1. Räuber-Beute 2. Konkurrenz 3. Symbiose 4. Parasitismus

Bedeutung Innerartliche Beziehung / Konkurrenz Interspezifische Wechselbeziehungen sind Beziehungen zwischen Individuen oder Populationen unterschiedlicher Arten 1. Räuber frisst Beute Art 2. Zwei Arten konkurrieren um ähnliche ökologische Nische, oder innerhalb einer Art 3. Zwei Arten leben miteinander, mindestens eine hat einen Vorteil davon, schaden einander nicht (Darmbakterien) 4. Eine Art befällt die andere (Bsp. Nährt sich von ihr), schadet der anderen Art durch Stoffentzug, Verletzung, Abgabe von Giftstoffen, tötet diese jedoch meist nicht

Kausalkreise

Lotka Voltera Regeln (Nachteile: sind idealisiert, Keine anderen Arten / Umweltbedingungen mit einbezogen) 1. Erste Lotka Voltera Regel

2. Zweite Lotka Voltera Regel

3. Dritte Lotka Voltera Regel

Populationsentwicklung von Räuber und Beute in einem System in dem eine Beute- und eine Räuberart dominiert 1. Periodische / Phasisch verschobene Zyklen: Die Erste Lotka-Volterra-Regel besagt, dass die Individuenzahlen von Räuber und Beute bei ansonsten konstanten Bedingungen periodisch und zeitlich versetzt schwanken. Die Populationskurven bilden also Wellen mit zeitlich versetzten Extrema, wobei die Kurve der Räuberpopulation nachlaufend ist

2. Erhaltung der Durchschnittszahlen trotz periodische Schwankungen Die Zweite Lotka-Volterra-Regel besagt, dass die durchschnittliche Größe der Populationen von Räuber und Beute in einer Räuber-BeuteBeziehung über einen längeren Zeitraum hinweg konstant ist, wenn die Umweltbedingungen ansonsten stabil sind. 3. Störung der Durchschnittszahlen Werden Räuber- und Beutepopulation um den gleiche Prozentsatz vermindert, so nimmt die Zahl der Beuteorganismen zunächst schneller zu als die der Räuber. Anders als bei periodischen Schwankungen fällt die Verminderung der Räuberpopulation zeitlich mit der Dezimierung der Beutepopulation zusammen. Nicht selten führt der Nahrungsmangel in dieser Situation zu einem Zusammenbruch der Räuberpopulation. Ohne Fressfeind findet die verbleibende Beutepopulation anschließend optimale Bedingungen und wächst schneller als sonst. Bis sich anschließend auch die Räuberpopulation wieder erholt, dauert es dagegen

wegen der geringen Individuenzahl länger als üblich. In den meisten Räuber-Beute-Beziehungen kommt verstärkend hinzu, dass die Generationszeit von Räubern aufgrund ihrer Körpergröße länger ist als die ihrer Beutetiere. Dieser Zusammenhang muss insbesondere bei Maßnahmen der Schädlingsbekämpfung beachtet werden. So bewirken beispielsweise Insektizide, dass nicht nur die Schädlinge sondern noch viel stärker deren Fressfeinde dezimiert werden. Im Endergebnis kann dies dazu führen, dass nach einer solchen Maßnahme der Schaden größer ist als ohne Bekämpfungsmaßnahmen. So können Raubinsekten durch Insektizide zusätzlich zum Nahrungsmangel in ihrer Entwicklung geschädigt werden wie ihre pflanzenfressenden Beutetiere. Aufgrund der Dritten Volterra-Regel führen sie zu einer langfristigen Schädigung des biologischen Gleichgewichts und die natürliche Schädlingskontrolle durch Fressfeinde wird verhindert.

Kapazitätsgrenze K Nahrungsnetze Nahrungsketten

Wachstum von Populationen 1. Exponentieller Verlauf (häufig bei R-Strategen)

2. Sigmoider Verlauf

Tragfähigkeit der Umwelt die abiotische, biotische Faktoren berücksichtigt Berücksichtigen mehrere Konsumenten, Produzenten und Destruenten (Zersetzer, Symbiosen und Parasitosen) Produzenten (Phytoplankton Energie & Masse 100%) → Konsumenten 1. Ordnung (Zooplankton, E & M 10%) → Konsumenten 2. Ordnung (Vögel, E & M 1%)→ Destruenten / Endverbraucher (Bakterien/Pilze, E& M 0,1%) 1.Exponentieller Anstieg bis knapp über Kapazitätsgrenze

2. Sigmoider Verlauf mit Annäherung an Kapazitätsgrenze K

3. Starke Oszilationen

Biotische Faktoren Abiotische Faktoren Ökologische Nische

Stenöke Arten Euröke Arten Gause / Konkurrenzausschlussprinzip

Biozönose R-Strategen K-Strategen

3.Starke Oszillationen nach exponentiellem Anstieg

Faktoren der belebten Natur (z.B. Bevölkerungsdichte, Konkurrenz, Fressfeinde) Faktoren der unbelebten Natur (z.B. Licht, Feuchtigkeit, Mineralstoffgehalt), die auf die Organismen einwirken können; Ökologische Nische bezeichnet die Gesamtheit der biotischen und abiotischen Umweltfaktoren, die das Überleben einer Art beeinflussen

Enger Toleranzbereich, Nutzung zur Standortbewertung (Zeigerarten, Bioindikatoren) Weiter Toleranzbereich, können große Umweltschwankungen ertragen Das Konkurrenzausschlussprinzip (von Georgi Franzewitsch Gause entwickelt) besagt, dass zwei Arten nicht gleichzeitig die identische ökologische Nische besetzen können, ohne in eine Konkurrenz einzutreten, durch welche sich schließlich nur die konkurrenzstärkere behaupten kann (Ausnahme Plankton Paradoxon: viele verschiedene Planktonarten leben im selben Wasserkörper ohne einander zu verdrängen. Evtl. gilt Prinzip nur im Gelichgewichtsfall, wenn System nie im Gleichgewicht, nie anwendbar) Lebensgemeinschaft; bezeichnet die Gemeinschaft der in einem Biotop regelmäßig vorkommenden Pflanzen-, Tier- und Mikroorganismenarten, die miteinander in Wechselbeziehungen stehen. Reproduktionsstrategen (einmalige frühe Fortpflanzung, kurze Lebensdauer, hohe Sterberate, wechselhafte Umweltbedingungen, starke Populationsschwankungen, schwache innerartliche Konkurrenz) Kapazitätsstrategen (mehrmalige späte Fortpflanzung, lange Lebensdauer, niedrige Sterberate, konstante Umweltbedingungen, Population konstant nahe k, Starke innerartliche Konkurrenz)

Evolution Begriffe Biogenetische Grundregel Homologie

Analogie Konvergenz Atavismus Rudiment

Trade off

Natürliche Selektion Sexuelle Fortpflanzung / sexuelle Selektion Sexualdimophismus Intrasexuelle Selektion Intersexuelle Selektion

Rekombination

Sexuelle Rekombination

Mutation

Bedeutung „Die Ontogenese (Entwicklung des einzelnen Lebewesens) rekapituliert die Phylogenese (Stammesentwicklung).“ Grundsätzliche Übereinstimmung von Organen, Körperstrukturen, oder Verhaltensweisen zweier Lebewesen aufgrund ihres gemeinsamen evolutionären Ursprungs 1.Kriterium der Lage Bsp. Mundgliedmaßen Insekten 2. Kriterium der spezifischen Qualität und Struktur („innerer Aufbau“ einer Struktur / eines Organs) Beispiel Hautschuppen Hai & Schneidezähne Säugetiere 3. Kriterium der Kontinuität (Stetigkeit): entweder Progressionsreihe (Organ hat sich weiterentwickelt) oder Regressionsreihe (Organ hat sich zurückgebildet) Bsp.Blutkreisläufe verschiedener Wirbeltiere, von Kiefer- zu Gehörknöchelchen Ähnlichkeit der Struktur von Organen, Proteinen, Genen oder Verhaltensweisen unterschiedlicher Lebewesen, deren gemeinsame Vorfahren diese Ausprägung nicht aufwiesen (ähnliche Struktur, ähnlicher Bauplan) Analoge Merkmale bei nicht näher verwandten Arten = Konvergenz (ähnliche Struktur, anderer Bauplan) zufälliges Auftreten eines anatomischen Merkmals, das im Laufe der Stammesgeschichte schon einmal vorhanden war, aber phänotypisch bereits verschwunden war Bsp.: Wollige Körperbehaarung (Hypertrichose) Merkmale , die nur unvollständig ausgeprägt sind / keine Funktion mehr besitzen → funktionslos gewordene / verkümmerte Organe und Verhaltensweisen, Rückbildung von ehemals funktionstüchtigen Organen Bsp.: Steißbein, an dem früher der Affenschwanz hing Kompromisslösung, Kosten-Nutzen Faktor wird abgewogen → schlechtes und gutes Merkmal können gekoppelt sein. Energieaspekt beachten (Beispiel: Großer schwerer Körper kann zwar zur Verteidigung / Balzkämpfe zwecks Partnerwahl von Nutzen sein, benötigt aber auch mehr Energie) Eliminiert nicht angepasste Lösungen auf Grund von Umweltbedingungen Erhöht die genetische Variabilität Die sexuelle Selektion ist eine innerartliche Selektion, die auf körperliche Merkmale wirkt und durch Varianz im Fortpflanzungserfolg zwischen Mitgliedern desselben Geschlechts entsteht Mit Dimorphismus bezeichnet man in der Biologie das Auftreten von zwei deutlich verschiedenen Erscheinungsvorkommen bei derselben Art. Intrasexuelle Selektion wirkt auf Merkmale (z. B. Körpergröße, Färbungen, Lautäußerungen, Eckzähne), die für die gleichgeschlechtige Konkurrenz beim Paarungszugang wichtig sind Intersexuelle Selektion: Partnerwahl durch Angehörige des anderen Geschlechts. Andere Formen von Sexualdimorphismus, wie zum Beispiel das Prachtgefieder von Pfau oder Paradiesvogel, können nicht durch natürliche oder intrasexuelle Selektion, aber durch die Bevorzugung ihrer Träger bei der Partnerwahl erklärt werden. Unter Rekombination versteht man in der Biologie die Neuanordnung (Re-) von genetischem Material (DNA, RNA) in den Zellen und im engeren Sinne den Austausch von Allelen. Durch Rekombination kommt es zu neuen Gen- und Merkmalskombinationen. Die sexuelle Rekombination betrifft bei Eukaryoten, z. B. bei Pflanzen und Tieren, das gesamte Genom und ist damit die tiefgreifendste Form der Rekombination. Hierbei kann man zwei Rekombinationstypen unterscheiden:  Interchromosomale Rekombination, durch Neukombination ganzer Chromosomen.  Intrachromosomale Rekombination, durch Neukombination von Allelen innerhalb von Chromosomen durch Crossing-over bei der 1. Reifeteilung. Bei der interchromosomalen Rekombination lassen sich zwei Phasen unterscheiden: 1. Die Verteilung der Chromosomen bei der Keimzellenbildung bei der Meiose. 2. Die Verschmelzung der (im Normalfall) haploiden Keimzellen zur diploiden Zygote. Unter einer Mutation versteht man die dauerhafte Veränderung des Erbguts. Mutationen treten zufällig & ungerichtet auf (entweder spontan oder durch Strahlung

Mimese Mimikri Flaschenhalseffekt

Gründereffekt

1. Transformierende Selektion

2. Stabilisierende Selektion

3. Disruptive Selektion

verursacht). Eine Mutation kann Auswirkungen auf die Merkmale eines Organismus haben oder auch nicht (stille Mutation). Abweichende Merkmalsausprägungen können negative, positive oder auch gar keine Folgen hinsichtlich der Lebensfähigkeit und/oder des Fortpflanzungsvermögens zeitigen. Genommutationen sind Veränderungen der Anzahl der Chromosomen, Chromosomenmutationen sind Veränderungen der Chromosomenstruktur (Beispiel Trisomie 21, Teile des / das Ganze 21ten Chromosoms sind durch unübliche Meiosen dreifach vorhanden). Eine Genmutation hingegen kann darin bestehen, dass neue Nukleotidsequenzen entstehen oder zuvor vorhandene Erbinformation verloren geht. Beutetiere täuschen Räuber durch Nachahmung von unbeweglichen, zum Teil leblosen Objekten zur Täuschung von Fressfeinden oder Beutetieren Beutetiere profitieren von der Übernahme von Merkmalen von gefährlichen Tieren um Räuber abzuschrecken, angeborene Formen der Tarnung im Sinne der Signaltäuschung (z.B. Schein-Wespe profitiert von Wespe) Starke genetische Verarmung beispielsweise durch eine Umweltkatastrophe oder Seuche einer Art und die damit verbundene Änderung der Allelfrequenzen, die durch Reduktion auf eine sehr kleine, oft nur aus wenigen Individuen bestehende Population hervorgerufen wird. Verstärkt noch durch erhöhte Inzestwahrscheinlichkeit. Varianzverminderung / Variabilitätsverkleinerung → Kleinerer Genpool Der Gründereffekt, beschreibt eine genetische Abweichung einer isolierten Population oder Gründerpopulation (z. B. auf Insel) von der Stammpopulation (z. B. auf Festland). Diese Abweichung entsteht aufgrund der geringen Anzahl an vorhandenen Allelen / wenige Varianten des ursprünglichen Genpools der an ihrer Gründung beteiligten Individuen und nicht infolge unterschiedlicher Selektionsbedingungen. 1. Die Fitness nimmt mit der Merkmalsausprägung stetig zu oder ab. Der Mittelwert der Merkmalsausprägung verschiebt sich Richtung höherer Fitness. (Positiv = höhere Fitness für stärkere Ausprägung Merkmal, Negativ= Höhere Fitness für geringere Ausprägung Merkmal)

2. Das Fitnessmaximum stimmt mit dem Merkmalsdurchschnitt überein. Der Mittelwert bleibt gleich, die Varianz wird kleiner (Häufigste Form Selektion)

3. Der Merkmalsdurchschnitt zeigt ein Fitnessminimum. Höchste Fitness bei Extremen, dadurch erhöhte Varianz.

4. Genetischer Drift

5. Negativ Varianzerhaltende Selektion

Migration Isolation

Fitness Artbegriff 1. Morphologischer 2. Biologischer 3. Phylogenetischer Darwin (Angepasstheit der Tiere an die Natur durch Selektion)

Lamarck (Aktive Anpassung durch Tiere)

4. Zufällige Selektion, Merkmal bringt weder Vor- noch Nachteile (Weder Fitnessgewinn noch Verlust), trotzdem werden bestimmte Varianten (zufällig) ausgelöscht. Änderungen des Merkmals unvorhersehbar, stärker in kleinen Populationen. 5. Beispielsweise bei verschiedenfarbigen Schmetterlingen (Erst werden die besser zu sehenden hellen gefressen, dann gibt es so wenige davon, dass man die dunklen wieder besser sieht. Die Räuber greifen auf die dunlen zurück um Energie zu sparen) Migration ist ein Konzept zur Beschreibung von Bewegungen von Organismen oberhalb eines bestimmten (art- und skalenabhängigen) Bereichs Reproduktive Isolation ist die Unterbrechung des Genflusses zwischen Populationen der ursprünglich selben Art. Diese können anschließend mit Mitgliedern der anderen Population(en) keine fruchtbaren Nachkommen mehr zeugen, wie es die biologische Definition einer Art verlangt. Ökologische Isolation ist die Besetzung verschiedener ökologischer Nischen durch Populationen derselben Art im selben Gebiet, geografische Isolation ist die räumliche Trennung von Populationen derselben Art Fitness ist ein Fachbegriff aus der Populationsgenetik. In Abgrenzung zur körperlichen Fitness wird gelegentlich auch die Bezeichnung reproduktive Fitness gewählt. 1.Arten sind Gruppen von Organismen, die sich anhand morphologischer (Formen und Strukturen) voneinander unterscheiden lassen. Zwischenformen fehlen, äußere Erscheinungsbild anders. 2. Arten sind Gruppen vin Individuen die sich untereinander fruchtbar fortpflanzen können. Eine solche Gruppe ist genetisch isoliert und evolviert als Einheit. 3. Art ist die gesamte Gruppe von Individuen und Populationen die für einen bestimmten Zeitraum auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückgeführt werden kann (Probleme: Zeitraum festlegen, Stammbaumuntersuchung schwierig) Änderte mit seinem Werk "On the Origin of Species" Weltbild des Menschen und/ Schöpfungsgeschichte. Aus Beobachtungen seiner Schiffsreise über viele Orte (Bsp. Die Galapagos Inseln) formulierte er seine Theorie und prägte den Begriff des Prinzips "survival of the fittest", also dem Überleben derer, die am besten an die Umweltbedingungen angepasst sind, bei dem die Stärksten im "Struggle for life" (Wettbewerb um Ressourcen) ihre Gene an die nächste Generation weitergeben. Diejenigen Individuen die zufällig für die vorhandenen Umweltbedingungen besser angepasst sind als andere, haben einen Selektionsvorteil und überleben häufiger. Dadurch können sie ihre Gene (also auch ihre Merkmale) häufiger in die nächste Generation miteinbringen, als Individuen, die nicht so gut angepasst sind. Grundannahme, dass Tiere ihre Eigenschaften, die sie im Laufe ihres Lebens erworben haben, an ihre Nachkommen weitervererben können. Lamarck begründete seine Auffassung mit den Umweltbedingungen, die in den Tieren quasi ein inneres Bedürfnis zur Anpassung auslösen. Beispiel Giraffenhals: Lebensraum der Giraffe ist trocken, Angebot an pflanzlicher Nahrung begrenzt. Über Generationen hinweg musste sich die Giraffe nach Nahrung in höhergelegenden Bereichen der Bäume strecken, wodurch sich die Länge des Halses verlängerte. Von Generation zu Generation vererbten die Giraffen so ihre neu erworbene Halslänge weiter. Das Schema dazu sähe so aus: Bedürfnis der Lebewesen sich anzupassen -> Gebrauch von Organen führt zur stärkeren Ausbildung -> erworbene Merkmale werden weitervererbt.

Synthetische Theorie

Allel

Aus der heutigen Sicht ist der Lamarckismus widerlegt, weil sich das Erbgut durch Gebrauch / Nichtgebrauch von Organen verändern müsste. Wurde in den 1940er Jahren als Brücke zwischen der Genetik, Systematik, Paläontologie und dem Darwinismus entwickelt. Die Synthetische Evolutionstheorie geht davon aus, dass Populationen aus variierenden Individuen bestehen und an die jeweiligen Umweltbedingungen angepasst sind. Mutation und genetische Rekombination sind das Rohmaterial, an dem die Selektion ansetzen kann. Negativ wirkende Mutationen verschwinden nach dieser Theorie in einer Population, während sich positiv wirkende Mutationen schnell durchsetzen. Eine weitere zentrale These ist, dass die Faktoren, welche die Entstehung von Arten (Mikroevolution oder infraspezifische Evolution; Artbildung) begünstigen, auch ausreichend sind, die Entstehung neuer Baupläne (Bauplan), charakteristisch für Gattungen, Familien und Ordnungen (Makroevolution oder transspezifische Evolution), zu erklären Als Allele bezeichnet man die alternativen Formen eines Gens. Varianten eines Gens können sich in einzelnen Positionen der Nukleotidsequenz unterscheiden. Diese Unterschiede entstehen durch Mutation.Sind die beiden Allele identisch, nennt man den Organismus homozygot, sind sie verschieden, spricht man von Heterozygotie. Durch geringfügige Variationen in der Basensequenz der DNA entstehen verschiedene Ausprägungsformen (Allele) von Genen. So kann es zum Beispiel für ein Gen, das für die Farbe einer Blüte verantwortlich ist, zwei verschiedene Allele geben, die entweder eine rote oder eine weiße Blütenfarbe hervorrufen....