Ökologie komplett mit Stoffwechsel PDF

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Ökologie mit Stoffwechsel: KCGO Hessen 2020/2021...

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Ökologie

Gliederung 1. Abiotische Umweltfaktoren • Physiologische Potenz • Ökologische Potenz • Umweltfaktor Licht • Umweltfaktor Temperatur • Umweltfaktor Wasser 2. Biotische Umweltfaktoren • Ökologische Nische • Räuber & Beute • Symbiose • Parasitismus 3. Assimilation • Autotrope Assimiation • Heterotrophe Assimilation

4. Dissimilation • Zellatmung 5. Kohlenstoffkreislauf

1. Physiologische Potenz Die Physiologische Potenz ist das Vermögen der Organismen, Schwankungen von Umweltfaktoren innerhalb des Toleranzbereiches zu ertragen.

- ohne Konkurrenz in Reinkulturen

Ökologische Potenz Ist das Vermögen der Organismen, Schwankungen von Umweltfaktoren innerhalb des Toleranzbereiches zu ertragen.

- mit Konkurrenz zu anderen Arten Arten mit einer hohen ökologischen Potenz (weiter Toleranzbereich) heißen euryök.

- euryök = weiter Toleranzbereich gegenüber mehrerer Umweltfaktoren

- Eurypotent = weiter Toleranzbereich gegenüber einem Umweltfaktor Arten mit einer niedrigen ökologischen Potenz (niedriger Toleranzbereich) heißen stenök.

- stenök = enger Toleranzbereich gegenüber mehrerer Umweltfaktoren - stenopotent = enger Toleranzbereich gegenüber einem Umweltfaktor

Umweltfaktor Licht Der abiotische Umweltfaktor „Sonnenlicht“ ist einer der wichtigsten Faktoren für Pflanzen, aber auch für Tiere und Menschen. Pflanzen: -> Lichtintensität Fotosynthese ist die Produktion von Kohlenhydraten aus Kohlenstoffdioxid und Wasser mit Hilfe von Licht. 6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2 Je stärker die Lichtintensität, desto größer ist die Fotosyntheseleistung.

- bis zum Punkt, ab dem Kapazitäten ausgelastet sind -> Lichtkompensationspunkt Ist die Lichtintensität, bei der der Zuwachs an Kohlenhydraten durch Fotosynthese gleich dem Verlust von Kohlenhydraten durch die Zellatmung ist.

- Fotosyntheserate = Zellatmungsrate - Assimilation = Dissimilation -> Schatten- & Sonnenpflanzen

Schattenpflanzen nutzen eine niedrige Lichtintensität.

- erreichen maximale Fotosyntheseleistung bei 10% des gesamten Sonnenlichts Sonnenpflanzen benötigen intensive Bestrahlung.

- erreichen dafür insgesamt höhere Fotosyntheseleistung

-> Fototropismus Fototropismus ist eine durch Lichtreize ausgelöste Bewegung. -> Etiolemente

- oder auch Vergeilung Ist die charakteristische Veränderung von im Dunkeln gewachsenen Pflanzen, im Vergleich zu im Licht Gewachsenen.

- Fotosynthese kann nicht stattfinden - Weniger Nährstoffe - Pflanze sucht „panisch“ Licht, indem sie dennoch mehr wächst -> Licht- & Schattenkeimer Lichtleiter sind Pflanzen, deren Samen zur Keimung zusätzlich Licht brauchen. Schattenkeimer sind Pflanzen, deren samen nur in ausreichend Dunkelheit keimen.

-> Lichtrezeptoren Fotorezeptoren sind lichtempfindliche Proteine mit unterschiedlichen Farben. Phytochrom (rotes Licht):

- steuert z.B. Samenkeimung, Ergrünung von Pflanzenteilen oder Bildung von Blüten Cryptochrom (blaues Licht):

- steuert inneren Zeti-/Tagesrhytmus Phototropisch (blaues Licht):

- steuert u.A. Den Fototropismus -> Fotosynthese Alle Pflanzen haben ein eigenes Absorptions- und Wirkungssprektrum.

- unterschiedliche Pigmente (Chlorophyll, Carotinoide, etc.) Das bewirkt unterschiedliche Fotosyntheseleistungen bei unterschiedlichen Wellenlängen. -> Fotoperiodismus fotoperiodismus besagt, dass physiologische Prozesse von regelmäßigen Hell& Dunkelphasen abhängen. -> Lang- & Kurztagspflanze Langtagspflanzen sind Pflanzen, die nur blühen und Früchte bilden, wenn sie täglich dem Licht länger ausgesetzt sind, als der Dunkelheit. Kurztagspflanzen sind Pflanzen, die nur blühen und Früchte bilden, wenn die tägliche Lichteinwirkung eine bestimmte Dauer nicht überschreiten.

Tiere: -> Innere Uhr Fast alle Tiere orientieren sich mit verschiedenen Lichtsinnesorganen in ihrer Umwelt. Das Licht ist der Taktgeber für Schlaf- & Wachphasen, Fortpflanzungszyklen oder Wanderbewegungen.

- Gesteuert ducrch neurohormonelle Regelungen (innere Uhr) - Nennt man auch circadiane Rhythmen -> Modifikation Modifikation ist die Veränderung von Merkmalen als Reaktion auf äußere Umwelteinflüsse.

Umweltfaktor Temperatur Reaktions-Geschwindigkeit-Temperatur-Regel: Erhöht sich die Temperatur um 10°C, dann erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das Zwei- bis Dreifache. Die RGT-Regel gilt für die Stoffwechselprozesse aller Lebewesen. Allerdings nur bis ca. 40°C, weil dann die Enzyme und Proteine denaturieren. Pflanzen: -> Einfluss auf Lebensvorgänge

- Fotosynthese - Wachstum und Keimung -> Physiologische Angepasstheit C3- und C4-Pflanzen

- Spezialisierung bei der Fotosynthese - C4-Pflanzen können bei höherer Temperatur schneller Biomasse aufbauen - eher an trockenen Standorten Weitere Angepasstheit

- Schutz vor Kälte/Frost - Einlagerung von Glycerin und Zucker - Bildung von Knollen und Samen -> Jahreszeitliche Angepasstheit

- Blüten, die nur nach bestimmten Kälteperioden aufblühen - Fruchtreife bei bestimmten Temperaturen - Laubfärbung und Laubfall im Herbst

-> Verbreitung

- Klimazonen - Ca. 30 Vegetationszonen mit ähnlichem Pflanzenbewuchs - Höhezonierung oder Höhenstufen der Vegetation - Höhe = kältere Umgebung = weniger und kleinere Pflanzen, kürzere Vegetationszeit Tiere: -> Gleich- & Wechselwarm Gleichsam

Wechselwarm

= endotherm

= ektotherm

Produzieren Körperwärme (35-40°C) Durch eigenen Stoffwechsel

Keine eigene Temperaturerhöhungen Auf äußere Wärmequellen angewiesen

Unabhängig von Außentemperatur

Abhängig von Außentemperatur

Kältezittern, Zusätzliche Wärmeerzeugung

Kälte-/Hitzetod bei extremen Bedingungen

Winterschlaf oder Winterruhe

Kältestarre

-> Winterschlaf, Winterruhe & Winterstarre Winterschlaf Winterschlaf ist ein schlafähnlicher Zustand, in dem sich manche Säugetiere im Winter befinden.

- Grund Nahrungsknappheit - Körpertemperatur auf 5°C, Atmung und Herzschlag verlangsamt - Bei 0°C Außentemperatur - Stoffwechsel kurz wieder aktiviert

Winterruhe Winterruhe ist ein nicht allzu tiefer, zur Nahrungsaufnahme öfter unterbrochener Ruhezustand bei verschiedenen Säugetieren im Winter.

- Körpertemperatur sinkt nicht ab Winterstarre Winterstarre ist ein schlafähnlicher, völlig bewegungsloser Zustand, in dem sich wechselwarme Tiere im Winter befinden. -> Klimaregeln endothermer Tiere Bergmannsche Regel Größenvergleich: Tiere in kalten Klimazonen sind größer, als verwandte Arten in wärmeren Regionen. Hessesche Regel Gewichtsregel: Tiere in kalten Regionen haben ein größeres und schwereres Herz, als verwandte Arten in wärmeren Regionen. Allensche Regel Proportionsregel: Kälteangepasste Tiere haben kürzere Körperanhänge (Nase, Ohren, Schwanz, etc.), als verwandte Arten aus wärmeren Klimazonen.

Umweltfaktor Wasser Wasser ist für alle Organismen lebensnotwendig. Wasser ist wesentlicher Zellbestandteil und als läuft- oder Bodenfeuchtigkeit sehr bedeutend. -> Eigenschaften

- Dipolmolekül (stark polar) - Schmelzpunkt bei 0°C - Größte Dichte bei 4°C (Dichteanomalie) -> Allgemeine Funktionen

- Zellinhaltsstoff (Tugor) - Transportmittel - Quellungsmittel (Samen) - Lösungsmittel (polare Eigenschaften) - Kühlungsmittel (Verdunstung, Schweiß) Pflanzen: -> Aufnahme, Transport & Abgabe von Wasser 1. Wasseraufnahme

- über wurzel (Wurzelhaare) - Osmose lässt Wasser einströmen - „Saugkraft der Wurzel“ (osmotischer Druck) 2. Wassertransport

- Transport in den Leitbünden (Xylem) - Adhäsion & Kohäsion - Aktiver Transport in die Zelle

3. Wasserabgabe

- Blätter geben ständig Wasser an Luft ab - Nennt man Transpiration (Verdunstung) - Über Spaltöffnungen - Erzeugt Transpirationssog, der Wasser nachzieht (noch oben) -> Kohäsion KKöhäsion ist der Zusammenhalt von gleichen Molekülen. -> Adhäsion

- Adhäsion ist der Zusammenhalt zwischen verschiedenen Molekülen. -> Diffusion Diffusion ist der Konzentrationsausgleich zwischen zwei unterschiedlich konzentrierten Stoffen. -> Osmose Osmose ist Diffusion durch eine semipermeable (halbdurchlässige) Membran.

-> Angepasstheit an Standorte Standort

Ökologische Gruppe

Anpassung

Extrem trocken

Sukkulente

- Spross, Wurzel & Blatt - Kakteen - Agaven = Wasserspeicher - Säulen-/ kugelförmig - Melonenbaumgewächs (keine Oberfläche)

- Dicke Blätter (oft

nadelförmig) & wenige Spaltöffnungen - Meist flach ausgebreitetes Wurzelsystem

Weitestgehend trocken

Xerophyten

Beispiele

e

- Mittagsblumengewäch se

- kleine Blätter (Nadeln, Schuppen, Dornen) - Starkes Festigungsgewebe - Mehrschichtige Kutikula & Epidermis

Kiefer, Fichte, Tanne Oleander/ Rosenlorbeer Federkräfte Tylanthus

- Viele, haarige & eingesenkte Spaltöffnungen

Mittelfeucht

Mesophyten

Keine besondere Anpassung (normal)

- Laubbäume

Feucht

Hygrophyten

- große & dünne Blätter

-

Sumpfdotterblume Farne Springkraut Buschwindröschen

Lebensraum Wasser

Hydrophyten

- Oft fein zerteilte

-

Seerosen Schwimmfarne Wasserfest Röhricht

(mehr Verdunstung) - Relativ wenige, nach außen gewölbte Spaltöffnungen - Schwaches Wurzelsystem Blätter - Kaum Festigungs- & Leitgewebe - große Interzellularräume - Schwaches Wurzelsystem

(Hainbuche, Stieleiche) - Weizen, Mais - Flieder - Moose

Tiere: Tiere sind an Wasser in Bau & Funktion, Exkretion, Atmung oder auch bei Verdunstung über die Körperoberfäche angepasst. -> Wüstentiere Anatomische Angepasstheit

- keine/reduzierte Schweißdrüsen

- Wasserverluste gering halten Physiologische Angepasstheit Wüstentiere können Wasser aus Ausatmungsluft zurückgewinnen (Kondensation).

- z.B. Trampeltiere oder Kängeruratten - 1,5 bis 3 Liter am Tag Beim Abbau von Nahrung entsteht Oxidationswasser.

- z.B. Kängeruratte (trockene Samen) oder Trampeltiere (Fettgewebe) - Deckt Wasserbedarf größtenteils Sie scheiden hoch konzentrierten Urin und Kot aus. Verhaltensgesteuerte Angepasstheit Afrikanische Huftiere gehen auf große Tierwanderungen zu z.B. Wasserlöchern.

- z. B. Gnus, Zebras, Gazellen (ca. 2 Millionen Tiere) - Mehrere 1000 Kilometer Viele Kleinsäuger sind nachtaktiv oder legen Erdbauten mit einer höheren Luftfeuchtigkeit an.

- z.B. Erdmännchen, Wüstenspringmaus -> Landtiere Anatomische Angepasstheit

- Hornhaut mit Schuppen oder Haaren - Schleimdrüsen und große Harnblase zur Wasserspeicherung Physiologische Angepasstheit Sie reduzieren Wasserverlust bei der Exkretion durch Rücksorbtion von Wasser aus Kot und Urin

- in Darm & Nieren - Stickstoffhaltige Ausscheidungen -> Wassertiere Anatomische Angepasstheit

- Kiemen oder großes Lungenvolumen (Atmungsorgane) - Seitenlinienorgan (Gleichgewicht) - Schwimmblase - Stromlinienförmiger Bau - Flossen oder andere Schwimmorgane -> Osmoseregulation bei Fischen Süßwasserfisch Süßwasserfische haben im Verhältnis zum Wasser eine hohe Konzentration von Salz im Körper. Die muss aufrecht erhalten werden.

- trinken nicht (Wasseraufnahme über Kiemen und Konzentrationsgefälle) - Nehmen nur Nahrung über das Maul auf - scheiden verdünnten Harn aus (absorbieren Salze) Salzwasserfische Salzwasserfischen wird viel Wasser durch die hohe Salzkonzentration außerhalb entzogen. Dem müssen sie entgegenwirken.

- trinken über Maul (zusätzliche Nahrungsaufnahme) - Kiemen trennen Salz & Wasser - Salz ausgeschieden - Konzentrierter Harn (weil Salzwasser aufgenommen)

2. Ökologische Nische Die ökologische Nische ist die Planstelle oder der „Beruf“ einer Art im Ökosystem. Weitergefasst sind es alle artspezifischen Beziehungen (abiotisch & biotisch) zwischen der Art und ihrer Umwelt. Bei der interspezifischen Konkurrenz wirken zwei Prinzipien: 1. Konkurrenzverminderung oder ökologische Nischen 2. Konkurrenzanschluss -> Prinzip der Konkurrenzverminderung Die Arten nutzen die Ressourcen des Ökosystems in verschiedenen Weisen.

- Ressourcen = abiotische & biotische Umweltfaktoren Zum Beispiel:

- Lebensraum (Ort der Nahrung, Brutplätze, Wasserstellen, ...) - Art der Nahrung (große/kleine Insekten) - Zeit der Hauptaktivität (Tag- / Nachtaktiv) Die Ausprägung der Umweltfaktoren und des Ressourcenangebots ist festgelegt.

- durch Lebensweise, Körperbau, Verhalten oder physiologische Eigenschaften -> Prinzip des Konkurrenzausschlusses Wenn zwei Arten um eine ökologische Nische konkurrieren, wird schließlich eine Art dadurch verdrängt und aus dem Lebensraum ausgeschlossen. Es gibt immer nur eine ökologische Nische pro Art.

- weil die Konkurrenz ansonsten eine Art verdrängt

Die ökologische Nischen können sich zwar schneiden, aber nie vollständig überlappen. -> Präadaption Präadaption ist die Fähigkeit und Bereitschaft, sein Verhalten entsprechend zu ändern.

- genetische Voraussetzungen ermöglichen Verhaltensänderung - Führt dann zur Einnischung -> Modelle Fundamental- & reale ökologische Nische

Fundamentalnische

Reale ökologische Nische

Potenziell nutzbare Faktoren der Art (A)

Reale nutzbare Funktion der Art (A) Biotische Interaktionen mit anderen

ist statisch durch Merkmale der Art gegeben

Ist dynamisch - Schwankungen von Umweltfaktoren - Veränderte Artenzusammensetzung

Mehrdimensionale Nische je nachdem, wieviele Umweltfaktoren genutzt werden, ergeben sich mehrere Dimensionen der ökologischen Nische einer Art.

- nennt man auch n-dimensionales Volumen mit n Faktoren

Räuber & Beute Räuber- und Beutebeziehungen sind Nahrungsbeziehungen. Räuber jagen lebende Beute. -> Anpassungen Anpassungen der Räuber

Anpassungen der Beute

Jagdstrategie und Verhaltensmiuster ! - Lauern ! - Anschleichen ! - Gruppenjagd

Schutzstrategien und Verhaltensmuster ! - Totstellreflex! - Nachtaktivität

Spezielle Organe und Merkmale ! - Fang- / Greiforgan ! - Raubvogelaugen ! - Hoch entwickelter Geruchssinn

Spezielle Sinnesorgane ! - Wahrnehmung von Erschütterung ! - Geruchssinn ! - Großes. Blickfeld (Augenpositionierung)

Lähmungsgifte ! - Spinnen oder Schlangen

Gifte und Bitterstoffe ! - Kröten oder Kartoffelkäfer

Tarntrachten ! - Fellfarbe von Raubtieren

Schutztrachten ! - Nachahmungstrachten ! - Schrecktrachten ! - Warntrachten ! - Scheinwarntrachten ! - Tarntrachten

-> Schutztrachten Nachahmungstracht (Mimese)

- Wandelndes Blatt Schrecktracht

- Tagpfauenauge (Flügelspreizen bei Gefahr) Warntracht

- Wespen (schwarz-gelb) - Marienkäfer (symbolisiert: giftig) Scheinwarntracht (Mimikry)

- Schwebfliegen (ahnen Wespen nach) Tarntrachten

- Chameleon

Symbiose Symbiose ist eine Beziehung zwischen mehreren Individuen von verschiedenen Arten. Die Partner leben in gegenseitiger Abhängigkeit und gegenseitigem Nutzen. -> Unterteilung Abhängigkeitsgrad Allianz

- Lockere Abhängigkeit Mutualismus

- Regelmäßige und längere Abhängigkeit Eusymbiose

- Überlebensnotwendig Art des Nutzens

- Stoffwechselsymbiosen - Fortpflanzungssymbiosen Räumliche Beziiehungen

- Ektosymbiosen - Räumlich getrennt - Endosymbiosen - Einer nimmt den anderen auf

Parasitismus Parasitismus ist eine Beziehung zwischen Organismen von verschiedenen arten mit einseitigem Nutzen. Der Parasit missbraucht den Wirt als Nahrung der Lebensraum und schädigt ihm damit. In der Regel ist der Wirt viel größer, als der Parasit. Ihm wird durch Stoffentzug oder giftige Sekrete geschmiegt oder entwickelt Krankheiten. Allerdings bleibt er meistens am Leben. -> Anpassungen der Parasiten

- Haft- und Klammerorgane - Rückbildung von unwichtigen Organen (z.B. Wurzeln) - Viele Nachkommen und komplizierte Entwicklungs- & Übertragungswege (r-Strategen)

- Verhaltensstörung beim Zwischenwirt (leichtere Beute für Endwirt) -> Einteilung Form

Erklärung

Beispiele

Raubparasitismus (Parasitoide)

Führt normalerweise zum Tod des Wirtes

- Schlupfwespen

Brutparasitismus

Nachkommen werden vom Wirt aufgezogen

- Kuckuck

Ektoparasitismus

Parasiten leben auf Wirtsoberfläche (außen)

- Mücken ! - Flöhe ! - Zecken

Endoparasitismus

Parasiten leben im Wirt Intra- / extrazellulär

- Bandwürmer

Gelegenheitsparasiten

Leben nur gelegentlich vom Parasitismus

- Darmbakterien

Dauerparasiten

Sind für Entwicklung voll vom Wirt - Maden (Fliegen) abhängig !

Form

Erklärung

Beispiele

Vollparasiten

Sind ihrer Ernährung voll vom Wirt abhängig! Können keine Fotosynthese betreiben

- Gelber Sommerwurz

Halbparasiten

Können eigenständig Fotosynthese betreiben ! Eigene Verarbeitung der Nährstoffe vom Wirt

- Misteln

-> Wirtswechsel Einteilung Parasiten, die ihren Wirt im Laufe ihres Entwicklungsprozesses nicht wechseln nennt man homoxen. Parasiten, die ihren Wrt im Laufe ihres Entwicklungsprozesses wechseln nennt man heteroxen. Übertragungswege

- Unsaubere Nahrung - Mit Parasiteneiern verschmutzte Luft - Mangelnde Körperpflege aktive Fortbewegung der Parasiten Wirtswechsel Wirtswechsel ist de Wechsel vom Zwischen- auf den Endwirt oder auch umgekehrt.

- bei heteroxenen Parasiten Dieser Wechsel ist für die vollständige Entwicklung der Parasiten notwendig.

- Wirt mit Parasiten im Entwicklungsstadium = Zwischenwirt - Wirt mit erwachsenen Parasiten = Endwirt -> Bedeutung im Ökosystem Der Einfluss von Parasiten in Ökosystemen ist immens.

3. Autotrophe Assimilation Autotrophe Assimilation ist:

- Aufnahme energiearmer anorganischer Stoffe - Umwandlung in energiereiche organische zelleigene Stoffe -> Ablauf der Fotosynthese Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten statt. Chemisch gesehen wird der Kohlenstoff vom CO2 reduziert. 6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2 Dazu wird ein Reduktionsmittel und Reduktionsenergie benötigt. -> Überblick 1. Lichtabhängige Reaktion

2. Lichtunabhängige Reaktion

Ausgangsstoffe

12H2O + 12NADP+ + 18 ADP

6CO2 + 12NADPH+H+ + 18ATP

Vorgang

- Absorption von Lichtenergie

- Aufnahme von CO2 aus Umwelt ! - Reduktion des Kohlenstoffs mit

durch Chlorophyll ! - Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff! - Bindung des Wasserstoffs (Reduktionsmittel) ! - Bindung von ATP (Reduktionsenergie)

ATP & NADPH+H+

Ergebnis

12NADPH+H+ + 18 ATP + 6O2

C6H12O6 + 6H2O +12NADP+ + 18ADP

Ort

Thylakoid

Stroma

1. Lichtabhängige Reaktion -> Fotolyse Im Wasserspaltungskomplex des Fotosystems II wird Lichtenergie genutzt, um Wasser in seine Bestandteile zu zerlegen. H2O -> 2H+ + 2e- + 1/2O2

-> Fotosystem II P680 (Primärdonor) absorbiert Licht (2 Lichtquanten) mithilfe von Chlorophyll.

- 2e- auf höheres Energieniveau gehoben Es entsteht Elektronenlücke in P680.

- 2e- von Fotolyse schließen Lücke Die angehobenen 2e- durchlaufen eine E...