Ökologie - Eigene Zusammenfassung der Skripte PDF

Preview

Summary

ÖkologieÖkotyp:Populationsteil, der durch Selektion unter bestimmten ökologischen Bedingungen eine genetische und physiologische Sonderstellung erreicht hat, die jedoch noch nicht Artrang ( Art ) hatDer Begriff ist weitgehend identisch mit ökologische RassePopulationsdynamik:Gesamtheit der Veränderu...

Description

Ökologie Ökotyp: Populationsteil, der durch Selektion unter bestimmten ökologischen Bedingungen eine genetische und physiologische Sonderstellung erreicht hat, die jedoch noch nicht Artrang ( Art ) hat Der Begriff ist weitgehend identisch mit ökologische Rasse

Populationsdynamik: Gesamtheit der Veränderungen aller Merkmale der Populationsstruktur in bestimmten Zeitabschnitten. → Oft werden nur Änderungen der Individuenzahl und Änderungen der Verteilung berücksichtigt. → Ursachen der Populationsdynamik können abiotische Faktoren wie biotische Faktoren, äußere ( extrinsische) wie innere ( intrinsische) .

Evolutionstheorie: beschreibt und erklärt die Entstehung und Veränderung der Arten als Ergebnis der organismischen Evolution → d.h. eines realhistorischen Entwicklungsprozesses, der stattgefunden hat und andauert.

Top-down und Bottom-up: so werden zwei entgegengesetzte Wirkrichtungen in Prozessen bezeichnet, die in verschiedenen Sinnzusammenhängen für Analyse-oder Syntheserichtungen verwendet werden. Top-down geht vom Abstrakten, Allgemeinen, Übergeordneten schrittweise hin zum Konkreten, Speziellen, Untergeordneten. Bottom-up bezeichnet die umgekehrte Richtung. Bsp.: je mehr Luxe, desto weniger Hasen, je weniger Hasten, desto weniger Luxe. Je weniger Luxe, desto mehr Hasen usw. Räuber/ Bäutebeziehung

Multitrophische Interaktionen zwischen verschiedenen Organismen in Ökosystemen: Kaskadenartige Interaktionen zwischen den Arten Arten kommunizieren über indirekten Kontakt miteinander z.B. Raupe frisst Blatt → Pflanze schüttet Giftstoff aus, den auch die anderen Pflanzen in ihrer Umgebung wahr nehmen und ebenfalls Giftstoffe als Feindschutz produzieren.

Unitäre Organismen: Lebensform, bei der die Körperform, der Bauplan, weitgehend festgelegt wird Der Habitus des unitären Organismus ist zum größten Teil genetisch festgelegt. Nach einer Entwicklungsphase entstehen meist nur Änderungen der Größe an. Bsp.: Mensch, Fliege, Schlange Modulare Organismen: Organismentyp, der aus mehreren geleichartigen Einheiten aufgebaut ist. Form ist nicht vorhersagbar, da sie stark von Umwelteinflüssen abhängig ( Modifikationen) ist. Meist sind sie verzwiegt, es kann zu erheblicher Variabilität zwischen den Individuen kommen → z.B. Körpergröße / Zahl der produzierten Samen Bsp.: Schwämme, Korallen, Moostierchen Semaphoront: Das merkmaltragende Individuum wird während einer bestimmten Zeitspanne seiner Entwicklung betrachtet gewählte Zeitspanne hängt von der Geschwindigkeit der Entwicklung ab, mit der sich die Eigenschaften des Individuums verändern. Bsp: Insektenpuppen/ larven

Subimago: nur bei Eintagsfliegen vorkommendes geflügeltes Stadium, das aus dem letzen Larvenstadium schlüpft und sich zur Imago häutet. Balancierter Polymorphismus: Bezeichnung für die Situation, bei der die Häufigkeitsverteilung eines Allels zwischen homozygoten und heterozygotem Zustand in einer Population, in der Heterosis ( Bezeichnung für heterozygote Lebensform die mehr Leistung / Vitalität aufweist) vorliegt, ein Gleichgewicht erreicht hat Tritt auf, wenn beide Varianten einen evolutionären Vorteil besitzen, so dass beide eine eigenständige Überlebensstrategie darstellen und keine der Varianten der anderen eindeutig überlegen ist. Zyklomorphose: temporaler Formwechsel, der vor allem bei Wasserflöhen und Rädertieren des Süßwassers bekannt ist. Durch verschiedene, während der Embryonalentwicklung wirksame Faktoren, z.B. Temperatur und Nahrung verändert sich die Länge von Körperanhängen z.B. Plankton

Konkurrenz Wettbewerb von Organismen um den Anteil an einer begrenzten Ressource Intraspezifische ( innerartlicher) Konkurrenz: beschreibt den Wettbewerb um Ressourcen zwischen Individuen einer Art. Durch das Aufzeigen gleicher Verhaltensweisen aller Tiere einer Art, konkurrieren diese somit um die gleiche Nahrung, den gleichen Sexualpartner und den gleichen Lebensraum. Intraspezifische Konkurrenz schwankt ständig in der Populationsdichte da mit einem Ansteigen der Artgenossen auch prinzipiell die Zahl der Konkurrenten um begrenzte Ressourcen steigt. Interspeziefische ( artübergreifende ) Konkurrenz: beschreibt den Wettbewerb um Ressourcen zwischen Individuen verschiedener Arten. Sie hat großen Einfluss auf die Populationsdynamikund wirkt als Selektionsfaktor, was als Folge Auswirkungen auf die Evolution haben kann. Individuen unterschiedlicher Arten können bei Gebrauch der selben Ressourcen in Konkurrenz zueinander stehen. → wirkt sich ebenfalls, wie bei der intraspezifischen Konkurrenz auf, der bei einer hohen Population aufkommenden Platzmangel, und/ oder Nahrungsmangel aus. Konkurrenzausschlussprinzip: zwei verschiedene Arten können nicht dieselbe ökologische Nische besetzen. → Situation ist gegeben, wenn zwei Arten in mindestens einem wesentlichen Faktor ( Wasser, Nahrung oder Lebensraum) in direkter Konkurrenz zueinander stehen Auf Dauer wird sich eine der beiden Arten, in aller Regel die konkurrenzstärkere, gegenüber der anderen Arten durchsetzen und sie aus der ökologischen Nische verdrängen dadurch kommt es oft zur Konkurrenzvermeidung Konkurrenzvermeidung: Arten weichen in andere ökologische Nischen aus, indem sie sich → von einer anderen Nahrung ernähren ( z.B. Insekten statt Körner), → ihre Gewohnheiten verändert ( z.B. tagaktiv statt nachtaktiv) → oder Lebensraum ändern ( z.B. dicht e Wälder statt offenes Grasland) ist ein wesentlicher Faktor für enorme Artenvielfalt Mutualismus Bezeichnung für eine Form der Wechselbeziehung zwischen Art verschiedenen Organismen, wovon beide profitieren

Hohenheimer Grundwasserversuch: zeigt exemplarisch den Unterschied zwischen der ökologischen Potenz und der tatsächlichen ökologischen Nische Bsp.: Wiesenfuchsschwanz, Glatthafer, Aufrechte Trespe Cytoplasmatisch-männliche Sterilität (CMS): werden maternal vererbte Mutationen verschiedener Pflanzenarten bezeichnet, die zur männlichen Unfruchtbarkeit dieser Pflanze führen. Heterostylie: Vorkommen unterschiedlicher Blütentypen innerhalb einer Pflanzenart.

Allometrie: Ungleichmäßiges Wachstum von Körperteilen Allometrien können auftreten: → während der Individualentwicklung ( Ontogenese) zwischen mehreren Altersstadien Bsp.: der Mensch Isometrie: gleichmäßiges Wachstum von Körperteilen im Verhältnis zum Gesamtwachstum bsp.: Nautilus Allensche Proportionsregel: besagt, dass bei verwandten Säugetier-Arten oder Rassen die exponierten Körperteile ( z.B. Schwänze/Ohren dienen zur Wärmeregulation) in kalten Gebieten relativ kürzer ausgebildet sind als in wärmeren Gebieten. Bsp.: Eisfuchs; sehr kleine Ohren Rotfuchs: mittelgroße Ohren Wüstenfuchs: sehr große Ohren Bergmannsche Regel: innerhalb einer Art sind die Individuen von Populationen aus kalten Gebieten größer als die in warmen. Es sind unterschiedliche Verhältnisse zwischen der Oberfläche und dem Volumen bei kleinen bzw. großen Körpern. Bsp.: Tiger Ökomorphose: gestaltliche Veränderung eines Organismus in Anpassung an Außenfaktoren. Dazu gehören Saisondiphänismus oder Cyclomorphse

RGT-Regel ( Reaktionsgeschwindigkeit- Temperatur-Regel): besagt, dass die Geschwindigkeit einer biochemischen Reaktion temperaturabhängig ist.

Innerhalb des für jede Art unterschiedlichen Temperaturoptimums steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit einer Erhöhung der Temp. in 10°C Schritten um das Zwei-bis Dreifache an. Tiefe Temp = geringerer Stoffwechsel. Bsp.: Bei der Entwicklung einer Wanze Regulierer Organismen, bei denen unabhängig von äußeren Gegebenheiten die Bedingungen innerhalb des Körpers etwa konstant gehalten, reguliert werden Konformer Organismen, bei denen sich mit Änderungen der äußeren Gegebenheiten auch die Bedingungen innerhalb des Körpers ändern. (Beispiele Eidechse, Erdhummel, Eisbär, Tiefseefisch) Ektothermie Exogene Körperwärme Körper wird durch äußere Faktoren erwärmt; z.B. SonneneinstrahlungBsp. Eidechse Heterothermie Kalte Temperaturen werden ertragen, indem zugelassen wird, dass periphere Körperteile unter Kerntemperatur sinken oft gekoppelt mit Wärmegegenstromaustauscher Bsp. Rentier Endothermie Endogene Körperwärme Körper wird von innen heraus durch Stoffwechselprozesse erwärmt Bsp. Mensch Homoithermie Gleichwarm Körpertemperatur bleibt unabhängig von Umwelteinflüssen weitestgehend konstant Bsp. Mensch Poikilothermie Wechselwarm Körpertemperatur richtig sich nach der Umwelttemperatur Bsp. Eidechse

Semiochemikalien chemische Botenstoffe die zur Kommunikation dienen Allomone: interspezifisch wirkende chemische Botenstoffe mit Vorteil für Sender Kairomone: “ Vorteil für Empfänger Synomone : “ Vorteil für Sender u. Empfänger Pheromone intraspezifisch wirkende chemische Botenstoffe

Allopatrische Artbildung Eine Population bildet durch geographische Isolation von ihrer Ausgangsart eine neue Art. Sympatrische Artbildung Eine kleine Population bildet ohne geographische Trennung von ihrer Ausgangsart eine neue Art. Parapatrische Artbildung Eine Teilpopulation entwickelt sich anders in Teilbereichen des Verbreitungsgebietes Adaptive Radiation: ist die Auffächerung ( Radiation) einer wenig spezialisierten Art in viele stärker spezialisierte Arten durch Herausbildung spezifischer Anpassungen ( Adaptionen) an die vorhandenen Umweltverhältnisse. Damit verbunden ist die Ausnutzung unterschiedlicher, vorher nicht besetzter ökologischer Nieschen. Bsp.: Darwinfinken Migration: Tierwanderung, bei der nur Teile der Population wandern Kontrastbetonung: character displacement zwei nahe verwandte Arten in dem Teil ihres Verbreitungsgebiets, in dem sie gemeinsam vorkommen, in einem oder mehreren Merkmalen deutlich unterscheiden. (Bsp. Schlammschnecken, Felsenkleiber) Stellenäquivalenz Wenn 2 Organismenarten in gertennten Ökosystemen dieselbe Ökologische Nische einnehmen (z.B. Beuteltiere u. plazentale Säuger) Konvergenz unabhängige Entstehung ähnlicher Adaptationen (z.B. blütenbesuchende Vögel: Kolibris in Neotropen, Nektarvögel in Afrika, Brillenvögel in Australien, Kleidervögel auf Hawaii) Ökologische Nische: Unter der ökologischen Nische einer Art verstehen wir die Summe aller Wechselbeziehungen ihrer Individuen zu ihrer Umwelt. Koevolution: Wechselseitige Adaption zweier stark interagierender sehr länge Zeiträume Bsp.: langrüsselige Schwärmer und langspornige Orchideenblüten → oder Parasiten und Wirten

Mutation: dauerhafte Veränderung des Erbgutes Mutationsraten sind „ Konstanten“, die für Organismen bestimmt werden können Genetische Drift: eine zufällige Veränderung der Allelfrequenz innerhalb des Genpools einer Population. Pleiotropie : Ein Gen beeinflusst mehrere Merkmale zB Galapagos Finken Schnabel Hitchhiking effect Genetische Kopplung Präzygiotische Isolierung Hitchiking Pleiotropie

Postzygotische Isolierung Dobzhanszky Muller Modell Ökologisches Konzept Segregation Distortion oder Meiotic Drive: Abweichung von der zweiten mendelschen Regel. Gene /Chromosomen(abschnitte), welche einen Drive aufweisen, sind in den funktionsfähigen Gameten überrepräsentiert → diese Chromosomen / Allele werden überproportional an die Nachkommen weitergegeben.

Diapause vollständige Entwicklungsruhe; Induktion über Tageslänge Bsp: Eier von Gottesanbetern Winterruhe Energieeinsparung durch Ruhen (Braunbär) Isolation Gämse Migration Kranich Dormanz Insekten Torpor: Energieeinsparung durch aktive Stoffwechselreduktion kurzzeitig bei Fledermäusen, andinen Kolibris über längere Zeit als Winterschlaf bei Bilchen, Murmeltieren, Igeln

Bateman-Prinzip: Die Anzahl der Nachkommen ist bei Weibchen abhängig von der Anzahl produzierter Eier, bei Männchen von der Anzahl der Kopulationen intersexuelle Selektion (mate choice) -Weiber suchen aus Selbstläufer-Hypothese (Stichling) Handikap-Hyp. (Pfau) Indikator-Hyp. (Rauchschwalbe) intrasexuelle Selektion -Männchen konkurrieren um das Weibchen (Rothirsch) Mate guarding Partnerbewachung präkopulatorische Weibchenbewachung(Bachflohkrebs) postkopulatorische Weibchenbewachung (Libellen)

R-Selektionisten (viele Nachkommen, keine Brutpflege: Kaninchen, Enten, Pflanzenläuse) K-Selektionisten (wenig Nachkommen, Brutpflege: Pferde, Albatrosse, Bienen) Phänotypische Geschlechtsbestimmung (Schildkröten, Krokodile) Reflex Reiz-Reaktions-zusammenhang, bei dem ein bestimmter Reiz bei allen Individuen einer Art eine stereotype Reaktion auslöst Beispiel: Rüsselreflex Honigbiene: Kommt ein Tropfen Zuckerwasser mit der Antenne in Berührung, streckt die Biene den Saugrüssel heraus Kinesis einfachste Form der Bewegung; unabhängig von den räumlichen Eigenschaften des Reizes; nicht zielorientiert Bsp: Kellerassel Prägung : Irrevers:ibles Lernen in sensibler Phase; Beispiel; Nachlaufprägung Ente Habituation: Einfaches Lernen durch reizspezifische Gewöhnung Beispiel: Sperren von Jungvögeln im Nest Klassische Konditionierung Verknüpfung eines (vorher neutralen) Reizes mit einem Reflex in einem einfachen Lernprozess Operante Konditionierung Verknüpfung einer (ursprünglich spontanen) Handlung mit einem reiz in einem einfachen Lernprozess (durch Belohnung oder Bestrafung)

Mimese (Nachahmung von Strukturen ohne Signalcharakter; Beispiele Empusa, Kallima) Tarnung (Krypsis, Anpassung an den Hintergrund; Beispiel Birkenspanner) Mimikry (Signalfälschung, 2 Signalsender: Vorbild und Nachahmer, Signalempfänger) Schutzmimikry (Bates´sche Mimikry; z.B. giftige Schmetterlinge; Augenflecken bei Schmetterlingen: Auffälligkeit, Augenmimikry, Ablenkung, Wirkung auf Mensch und Fisch) Lockmimikry (Peckham´sche Mimikry; z.B. Blütenmimikry, Zipfelfalter) Automimikry (innerartliche Mimikry; z.B. Staubgefäßimitationen, Zipfelfalter) Signalnormierung (Müller´sche Mimikry, z.B. Feldwespe, Gemeine Wespe, Wollbiene) Sensorische Ausnutzung (sensory exploitation, z.B. Königsgeier)

V1: Evolution Evolution: Veränderung von Organismen über die Zeit ( Generationen): → Population → Nachkommen mit Abänderungen ß → Veränderungen über die Zeit anhand von Nachkommen die Modifikationen tragen ist in kleinen Zeiträumen sichtbar: z.B. Resistenzmechanismen

Adaptation: Natürliche Selektion! Bestimmte Varianten ( Individuen) in der Population können sich besser reproduzieren als andere und ihre Anzahl ( Frequenz) steigt über die Zeit an

Lamarckismus: interne Kraft Vererbung erworbener Eigenschaften (1809 )

Darvinismus: Abstammung natürliche Selektion ( 1859 ) Natürliche Selektion: „Variationen, die besser adaptiert sind werden besser überleben und mehr Nachkommen hinterlassen und so automatisch in ihrer Anzahl ansteigen“ läuft ab wenn folgende Bedingungen auftreten: 1.Überfluss an Reproduktion → Lebewesen Reproduzieren sich → Bilden einen Überschuss an Nachkommen → Neue Generation 2.Vererbung Merkmalen / Eigenschaften → Eigenschaften werden an die nächste Generation weitergegeben → Quantitative/ kontinuierliche Merkmale werden durch viele Loci bestimmt → nicht- vererbbare Eigenschaften unterliegen nicht der natürlichen Selektion 3.Variation von Merkmalen/ Eigenschaften → vererbbare Variation ist in den Organismus auf versch. Ebenen der Org nachweisbar = Morphologie → Abgrenzung: morphologische Variation kann auch Umweltbedingt sein → Möglichkeit der Farbanpassung wird vererbt; z.B. Schneehase 4.Variation im Reproduktionserfolg ( „Fitness“) in Bezug auf ein Merkmal/ Eigenschaft → 2 Komponenten: Variation in der Reproduktion Variation beim Überleben

Die Natürliche Selektion beeinflusst die Verteilung der Merkmalsvariation in der Population Natürliche Selektion kann gerichtet, stabilisierend und disruptiv sein.

Kodierende DNA: Exons kodieren für Proteine, tRNA, rRNA

Nicht- kodierende DNA: Introns, Pseudogene, repetitive DNA, andere DNA

Genetischer Code: 21 Aminosäuren 64 Möglichkeiten Kode ist degeneriert ! Die 3. Basenposition hat oft keine kodierende Funktion

Ursache der Variation: Basen-Mutationen → Mutationen sind weitgehend zufällig, nicht gerichtet Gen-Duplikationen → sind Quellen evolutionärer Neuerungen → Ribosomale Gene → Globin ( alpah & betha) → Homeobox Gene Transposons können sich im Genom verlagern → können chromosomale Änderungen erzeugen Geschlechtliche Vermehrung = Durchmischung des genetischen Materials → Rekombination in der Meiose → unabhängige Verteilung der Paternalen und maternalen Chromosomen → 2^3 verschiedene Gameten → oder Crossing Over → X mögliche Gameten

Meiose: Die Neuverteilung des genetischen Materials: durch zufällige Verteilung der homologen Chromosomen (maternal & paternal) → Mensch: 2^23 = 8,4 x 10^6 verschiedene Gameten Rekombination der Chromosomen durch Crossing over → durchschnittlich 2-3 Crossing over pro Chromosomen ( Mensch)

V2: Adaption Reproduktiver Artbegriff: nur innerhalb einer Art können sich Organismen reproduzieren

Phänotypischer Artbegriff: innerhalb einer Art haben Organismen eine größere Merkmalsähnlichkeit

künstliche Selektion: kann sehr große phänotypeische Vielfalt erzeugen → größere Unterschiede als zwischen Arten

Allopatrische Artbildung = Form der Divergenz (Artaufspaltung) Bei der allopatrischen Artbildung spielt immer eine physikalische Barriere eine Rolle (z.B. Gewässer, Gebirge, trockenes Land..). Möglichkeit 1: Barriere entsteht neu und trennt eine exisitierende Art in 2 Gruppen auf -Gruppen sind voneinander reproduktiv isoliert -aus einer Ursprungsart bilden sich so zwei neue Arten Möglichkeit 2: Barriere ist vorhanden und wird von einigen Individuen überwunden, die eine neue Population gründen -Gründereffekt: Genpool der Gründerpopulation weicht von der Ausgangspopulation ab (ist nur unvollständig repräsentiert) Sympatrische Artbildung Form der Artaufspaltung (Divergenz) Neue Arten entstehen ohne geographische Isolation. Ursache ist eine genetische Isolation, meist aufgrund von Polyploidie (= Produktion mehrfacher Chromosomensätze) Möglichkeit 1: bei einer Art kommt es zufällig zu einer Verdopplung des Chromosomensatzes und es entsteht ein tetraploides Individuum →kann sich nicht mit einem diploiden Artgenossen kreuzen, denn die Nachkommen sind triploid und steril (Autopolyploidie) Möglichkeit 2: Hybridisierung (Allopolyploidie)

Biologisches Artkonzept Einteilung von Arten die sich untereinander in isolierten Gruppen reproduzieren können. → Organismen, die unterschiedlichen Arten angehören können keine oder nur unfruchtbare Nachkommen zeugen Ausnahme: Hybridisierung Ökologisches Artkonzept Einteilung von Arten aufgrund von verschiedenen Nischen Phänetisches Artkonzept Einteilung von aufgrund von morphologischen Merkmalen.

Ring-Arten: kontinuierliche Übergänge bis zur reproduktiven Isolierung Homologien: zwischen 2 Arten deuten auf einen gemeinsamen Vorfahren

z.B. 5gliedrige Extremitäten können nur durch gemeinsame Vorfahren und nicht gleiche Funktion erklärt werden → Bsp: Wale haben Reste eines Beckengürtels & Schlangen Reste von Hinterbeinen Gegensatz: Analogie/ Konvergenz: Flügel ( Fledermäuse, Vögel, Insekten) haben die gleichen Funktion

Ringen um Existenz: struggle of existence Varianz in der Reproduktion Überfluss an Fruchtbarkeit bei den gegebenen Ressourcen nur ein Bruchteil der Nachkommen überlebt Ökologisch Deutung der Konkurrenz → Überleben: Nachkommen konkurrieren in den gegebenen Ressourcen ums Überleben → Reproduktion: nur die Überlebenden können sich reproduzieren

V3: Anpassung und natürliche Selektion: Natürliche Selektion ist die einzig bekannte Erklärung für Adaption Gradualismus : Die Selektionstheorie würde eine allmähliche Veränderung vorhersagen, die schrittweise über kleine Unterschiede zum neuen Merkmal führt Bsp.: Entwicklung von Augentypen: → Augentypen im Tierreich spiegeln mögliche Stadien der Augenevolution wieder → Augenentwicklung der Insekten & Säuger werden zum Teil durch dieselben Gene initiiert → eyeless und Pax 6 sind hochkonservierte homologe Gene der Augenentwicklung

Präadaption: Die Anpassung erfolgte aus einer bereits existierenden Struktur, die einen Funktionsweschel erfährt Co-Option: Funktionswechsel bei ähnlicher oder gleichbleibender Struktur ermöglicht die Entstehung von evolutionären Neuerungen Rekrutierung von Genen Neukombination: Laktosesynte...