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Die komplette Zusammenfassung der abiturrelevanten Themen: Ökologie
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Abitur 2021

Ökologie

Ökologie Abiturvorbereitung-Biologie 2021 •

Ökologie: ein Teilgebiet der Biologie, das sich mit den Wechselbeziehungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt befasst

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Biotop: bestimmter Lebensraum mit bestimmten Gegebenheiten: bestimmte abiotische Faktoren (Klima, Wasser, Bodenbeschaffenheit, Relief, Giftstoffe, etc.)

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Biozönose: Alle Organismen in diesem Lebensraum

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Ökosystem: Biotop + Biozönose

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Ökosphäre/Biosphäre: Alle Ökosysteme auf der Welt

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Biodiversität: biologische Vielfalt (Artenreichtum + Vielfalt an Ökosystemen insgesamt + genetische Variabilität von Populationen)

→ Je größer die Biodiversität, desto stabiler ist ein System •

Abiotische Ökofaktoren: Alle Einflüsse in der unbelebten Umwelt (Klima, Bodenfaktoren, etc.)

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Biotische Ökofaktoren: Alle Wechselbeziehungen der Mitglieder der Biozönose untereinander (Nahrungsangebot, Stoffaustausch, Arbeitsteilung, inter-/intraspezifische Konkurrenz)

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Intraspezifisch: innerhalb einer Art -> z.B. mögliche Sexualpartner, Konkurrenz um Ressourcen, soziale Gruppenstrukturen

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Interspezifisch: zwischen verschiedenen Arten -> z.B. Konkurrenz, Räuber-BeuteBeziehung, Parasitismus

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Kompartimentierung zwischen verschiedenen

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Kompartimentierung in der Ökologie:

→ Die Entstehung der spezifischen ökologischen Nischen lässt sich auf der Ebene von Ökosystemen der Kompartimentierung zuordnen → Damit verknüpft sind Konkurrenzausschluss und Konkurrenzvermeidung → Die ökologischen Pyramiden und andere gestufte Systeme sind nach dem Baukastenprinzip aufgebaut. •

Ökologische Nische: Die ökologische Nische beschreibt die Wechselbeziehungen zwischen einer Art und ihrer Umwelt

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Ökologische Potenz: Toleranzbereich unter natürlichen Konkurrenzbedingungen

→ Die Fähigkeit, eines Lebewesens Schwankungen von Umweltverhältnissen zu ertragen, zu gedeihen und sich fortzupflanzen (Art zeigt hohe Vitalität) •

Physiologische Potenz: Toleranzbereich unter konkurrenzfreien Bedingungen (z.B. im Labor) 1

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Ökologie

Toleranzkurve (Optimumkurve): eine graphische Darstellung der Reaktion einer Population auf einen oder mehrere Umweltfaktoren

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Kardinalspunkte: (Minimum/ Maximum) die Werte eines Umweltfaktors, bei denen die Art überlebt

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Optimum: Art kann am besten gedeihen + höchste Fortpflanzungsrate -> höchste Populationsdichte

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Toleranzbereich: Spanne, innerhalb der die Individuen existieren können

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Pessimum: (= Zwischenstadium) Organismus kann in diesem Bereich überleben, ist aber weder Fortpflanzungsfähig, noch kann es effektiv gedeihen

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Gesetz des Minimums: Unter natürlichen Bedingungen bestimmt der Ökofaktor die Vitalität einer Population, der im Minimum vorliegt.

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Stenopotente/stenöke Arten: ertragen nur geringe Schwankungen eines oder mehrerer Umweltfaktoren -> enge ökologische Potenz + eng begrenzte Verbreitungsgebiete

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(stenotherm): Arten, die nur in einem engen Temperaturbereich leben können

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Eurypotente/euryöke Arten: weite ökologische Potenz; ertragen größere Schwankungen von Umweltfaktoren ohne wesentliche Beeinträchtigung. In der Regel große Verbreitung

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Bioindikatoren: Arten mit einer engen ökologischen Potenz bezüglich eines / mehrerer abiotischer Faktoren

→ Ihr Vorkommen/Fehlen lässt Rückschlüsse auf den Zustand eines Ökofaktors zu

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Ökologie

Wechselbeziehungen zwischen Populationen & verschiedener Arten •

Räuber-Beute-Beziehung: Wachstumsrate der Räuberpopulation abhängig von der Populationsdichte

der

Beute.

Umgekehrt:

Beutepopulation

abhängig

von

der

Fressfeinddichte.

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1. Lokta-Volterra-Regel: Populationskurven von Räuber und Beute schwanken periodisch. Die Maxima der Räuberpopulation folgen dabei denen der Räuberpopulation. 2. Lokta-Volterra-Regel: Populationskurven schwanken jeweils um einen konstanten Mittelwert.

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3. Lokta-Volterra-Regel: Vermindert man die Räuber- und die Beutepopulation gleich stark, nimmt die Individuenzahl der Beutetiere schneller zu.

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Konkurrenz: Wettbewerb von Lebewesen um begrenzte Ressourcen Intraspezifische Konkurrenz: Konkurrenz einer Art untereinander

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Interspezifische Konkurrenz: Konkurrenz der Lebewesen unterschiedlicher Arten miteinander

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Konkurrenzausschlussprinzip: Arten, die die gleichen ökologischen Ansprüche haben, d.h. dieselbe ökologische Nische beanspruchen, können nicht im selben Ökosystem überleben.

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Konkurrenzvermeidung: Unterschiedliche Arten können im selben Ökosystem existieren, wenn sie unterschiedliche ökologische Angepasstheiten haben = Koexistenz

Symbiose: Lebensgemeinschaften von Organismen zweier Arten, bei der beide einen Nutzen aus der Verbindung haben → z.B.: Flechte = Symbiose von Algen und Pilzen, Biene und Blütenpflanzen = •

Fortpflanzungssymbiose → Ektosymbiose: leben körperlich getrennt → Endosymbiose: der Symbiont lebt im Körper des Wirts •

Symbiose im engeren Sinne: Zusammenleben für beide Seiten lebensnotwendig

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Probiose: eine Art hat einen Vorteil ohne die andere zu beschädigen

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Antibiose: eine Art hat einen Vorteil und beschädigt die andere (Nachteil für jene)

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Parasitismus: Beziehung von Organismen, bei der einer der beiden (Parasit) auf Kosten des anderen (Wirt) lebt. -> Verbunden mit der Steigerung der Fitness des Parasiten

→ z.B.: Stechmücke (Endoparasit) + Mensch (Wirt) 3

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Energiefluss •

Nahrungskette: lineare Darstellung von Nahrungsbeziehungen zwischen Arten von Lebewesen (Nahrungskettenmitglieder)

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Nahrungsnetz: untereinander verbundene Nahrungsketten (Nahrungskettengefüge)

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Produzenten: Pflanzen, autotrophe Lebewesen: können alles, was sie zum Leben brauchen, aus mineralischen Bausteinen herstellen

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Konsumenten erster Ordnung: Pflanzenfresser

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Konsumenten zweiter Ordnung: ernähren sich überwiegend von Pflanzenfressern

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Spitzenkonsumenten (Endkonsument): Tiere am Ende der Nahrungskette

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Destruenten: zerlegen abgestorbene Biomasse in ihre Bestandteile in ihre anorganischen Bestandteile und machen diese damit wieder für die Produzenten verfügbar

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Biomasse- und Energiefluss:

→ Input: Strahlungsenergie (gesamte Fotosynthese) → Output: Atmungswärme → Energieentwertung: Energie geht (in einem Fluss) immer weiter verloren: fließt nur in eine Richtung

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Ökologie

Ökosystem Wald •

Die verschiedenen Schichten des Waldes: Schicht Baumschicht Strauchschicht Krautschicht Moos- / Streuschicht Wurzelschicht

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Pflanze Bergahorn, Esche

Tier Eule, Eichhörnchen, Amsel Larve, Kleiber, Reh Schnecke, Haase Maus, Käfer Wurm, Maulwurf

Goldnessel, Aronstab Brombeere, Bärlauch Pilze Oberschicht: Fichte Unterschicht: Eiche (Wurzel) Der Wald als Ökosystem übt wesentlichen Einfluss auf das weltweite Klima aus. Die Bäume in den Wäldern entziehen der Luft Kohlenstoffdioxid und geben Sauerstoff ab. Damit tragen sie zur Aufrechterhaltung der Biosphäre auf der Erde bei Laubwald: (fast) ausschließlich Laubbäume Nadelwald: (fast) ausschließlich Nadelbäume Mischwald: Laub- und Nadelbäume

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Der Boden im Laubwald: In dem Waldboden leben sehr viele Lebewesen. z. B. Regenwürmer, Tausendfüßler, Amöben, Milben, Fadenwürmer, Springschwänze, Glockentierchen, Wimperntierchen, Bakterien, Pilze und Algen sorgen für den Abbau organischer Substanzen. Am ”Ende” des Stoffkreislaufs können so die Nährstoffe (im Besonderen Stickstoff) aus dem toten organischen Material wieder für Pflanzen verfügbar gemacht werden. Zu den fruchtbarsten Böden gehört Humus. Dieser entsteht bereits nach wenigen Wochen bei der Zersetzung von organischen Materialien. Die hohe Zahl an Mikroorganismen und reichlich gelöster Stickstoff machen diesen Boden besonders wertvoll für Pflanzenwachstum. In den Laubwäldern der gemäßigten Breiten hat sich mit der Zeit eine natürliche Humusschicht gebildet. Regenwürmer sorgen für eine Durchlüftung der Humusschicht, wodurch der Zersetzungsprozess durch aerobe Bakterien noch zusätzlich begünstigt wird.

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Tiere im Wald: Ameise, Bär, Biene, Eichhörnchen, Elch, Eule, Fuchs, Hornisse, Igel, Maulwurf, Maus, Schmetterling, Spinne, Rabe, Wespe, Wolf, Zecke Bäume im Wald: Ahorn, Birke, Eibe, Eiche, Erle, Esche, Fichte, Hainbuche, Kastanie, Kiefer, Linde, Pappel, Robinie, Rotbuche, Tanne, Ulme, Wacholder, Weide Kräuter und Pflanzen im Wald: Brennnessel, Gemeiner Efeu, Hagebutte, Kapuzinerkresse, Löwenzahn, Spitzwegerich Pilze im Wald: Champignon, Fliegenpilz, Grüner Knollenblätterpilz, Morchel, Steinpilz, Trüffel

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Ökologie

Skizzen •

Aufbau Laubblatt:

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Blatt, Wurzel und Sprossachse bilden die drei Grundorgane von Pflanzen. Blätter übernehmen bei Pflanzen die wichtige Funktion der Photosynthese und Transpiration.

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Cuticula/Kutikula: überzieht die Außenwände der Epidermis; besteht aus einer wasserundurchlässigen, hydrophoben Wachsschicht, die das Verdunsten von Wasser verhindert. Epidermis: befindet sich zwischen Cuticula und Palisadengewebe; durchsichtig, es befinden sich keine Chloroplasten in der Epidermis, sodass Licht zu dem Palisadengewebe durchkommt; die Zellwände der Epidermis verleihen dem Blatt Stabilität und schützen vor Außeneinflüssen Palisadengewebe: verortet zwischen Epidermis und Schwammgewebe; sehr reich an Chloroplasten, die für die Fotosynthese verantwortlich sind Schwammgewebe: zwischen Palisadengewebe und Kutikula; im Vergleich zum Palisadengewebe nur wenige Chloroplasten; Hauptfunktion: Steuerung des Gasaustausch > CO2 diffundiert ins Blatt, O2 und H2O Dampf heraus Schließzellen/Spaltöffnungen: befinden sich an der Blattunterseite in der Epidermis. Befindet sich wenig Wasser in der Zelle sind die Schließzellen geschlossen. Bei steigendem Wassergehalt öffnen sich die Schließzellen und geben Wasserdampf frei; Dafür strömt CO2 ins Zellinnere Leitbündel: umgibt das Xylem (sorgt für Transport von Wasser) und das Phloem (sorgt für den Transport von gelösten Nährstoffen) durch die Pflanze; außerdem hat das Leitbündel eine Stützfunktion inne

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Ökologie

Aufbau Chloroplast:

→ Durch das Chlorophyll in den Chloroplasten erhalten die Pflanzen ihre grünliche Farbe → Ein Chloroplast gehört zu den sogenannten Plastiden → Ein Plastid ist eine Zellorganelle, die durch Endosymbiose aus lebenden Zellen hervorgegangen ist: deswegen eine Doppelmembran und eine eigene DNA → Funktion: Ort der Fotosynthese

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Aufbau Mitochondrium:

→ “Kraftwerk der Zelle”: Funktion: die Bildung von ATP (Adenosintriphosphat)

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Ökofaktor Licht Einfluss auf Pflanzen Angepasstheiten von Pflanzen an unterschiedliche Lichtbedingungen , z.B. im inneren und äußeren Bereich von Laubbäumen: Sonnenblätter Viele Chloroplasten

Schattenblätter Weniger Chloroplasten

Viele Spaltöffnungen -> Gasabgabe Mehrschichtiges (breites) Palisadengewebe

Einschichtiges Palisadengewebe

Kleinere, kompakte Blätter

Große und dünne Blätter

Starkes Wasserleitungsgewebe

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Lichtsättigung: Menge der Lichtenergie, bei der die Fotosynthese die maximale Intensität erreicht Mit zunehmender Lichtstärke steigt Fotosyntheseaktivität, nach diesem Punkt bleibt sie konstant Lichtkompensationspunkt: Energiemenge bei der die Menge an gebildetem O2 = Menge an verbrauchtem O2 ist Stoffwechselprozesse: Wachstum, Samenkeimung (viel / wenig Licht) Langtagpflanzen: blühen erst wenn es täglich 10-14 Stunden hell ist Kurztagpflanzen: blühen, wenn es länger dunkel ist

Einfluss auf Tiere • Lebensrhythmus: Fortpflanzung, Zugzeiten, Schlaf- und Wachzeiten (nacht- und dämmerungsaktiv (große Augen)) • Aktivitätsmuster von Hormonen

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Ökofaktor Wasser •

Angepasstheiten von Pflanzen an Wasserverfügbarkeit

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Aufnahme von Wasser durch Wurzeln, Wasserabgabe/ Verdunstung (Transpiration) durch Spaltöffnungen kontrolliert CO2-Fixierung (wichtig für die Herstellung körpereigener Stoffe) auch durch Spaltöffnungen + Transpiration auch durch Cuticula: deswegen können Spaltöffnungen bei Wassermangel nicht einfach geschlossen bleiben Akklimatisierung: erhöhte Toleranz gegenüber Umweltextremen Adaptation: (Anpassung): durch angeborene molekulare Eigenschaften + morphologische Strukturen:

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Xerophyten: Trockenpflanzen v.a. in heißen und niederschlagsarmen Subtropen Angepasst an Leben mit Wassermangel Dicke Cuticula + Wachsüberzug Mehrschichtige Epidermis (Viele) eingesenkte Spaltöffnungen: Entstehung eines windstillen Raums + “Dunstglocke” infolge der Transpiration + Reduzierung des Wasserpotenzialgefälles, dadurch weniger Verdunstung Haare: Vermeidung von Wind Warum viele Spaltöffnungen? -> lieber viele leicht öffnen als weniger weit Je mehr Oberfläche, desto mehr Transpiration -> also: kleinere Blätter Tiefwurzeln -> tiefer liegende Wasservorräte können erreicht werden

→ Hydrophyten: Wasserpflanzen → Dünne Epidermis (CO2 + Mineralstoffaufnahme) → Durchlüftungsgewebe (Gasaustausch unter Wasser) + Große Interzellulare (Zellzwischenräume) -> Blätter schwimmfähig → Spaltöffnung nur oberhalb → Hygrophyten: Feuchtpflanzen → Extrem feuchte Standorte -> viel Transpiration notwendig → Große, dünne Blätter (Prinzip der Oberflächenvergrößerung) = mehr Fläche = mehr Transpiration → Lebendige Haare (Prinzip der Oberflächenvergrößerung) → Herausragende Spaltöffnungen → Flachwurzler → Sukkulenten: Wasserspeichernde Pflanzen → Ähnliche Anpassungen wie Xerophyten + Wasserspeichernde Organe • • • •

Angepasstheiten von Tieren Schutz vor Wasserverlust: Haare/Fell, Panzer, Gehäuse In sehr trockenen Gebieten: kaum Ausscheidungen (Kamel) Süßwasserfisch: mehr Salze im Körper als außen -> Osmose: Viel Wasser fließt durch seine Haut: gibt viel Wasser ab; Salzwasserfisch: andersrum

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Ökofaktor Temperatur → RGT-Regel: (Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel): Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit der Temperatur → Eine Temperaturerhöhung von 10°C beschleunigt chemische Reaktionen um den Faktor 23. → Kardinalpunkte = tödlicher Kältepunkt (Temperaturminimum), tödlicher Hitzepunkt (Temperaturmaximum) → Poikilotherme (= Wechselwarm): Die Körpertemperatur kann nur über thermoregulatorische Verhaltensweisen beeinflusst werden: z.B. Sonnenbaden / Muskelaktivität → Körpertemperatur ändert sich mit der Umgebungstemperatur → Bei Kälte weniger aktiv als bei Wärme → Pessima der Temperaturtoleranzkurve = Kälte- / Hitzestarre → ÜBERWINTERUNG: Winterstarre (Amphibien und Reptilien): die Körpertemperatur sinkt entsprechend der Außentemperatur. Die Körperfunktionen schalten sich dabei fast völlig aus. Es erfolgt weder Muskelkontraktion noch Nahrungsaufnahme. Die Stoffwechselenergie wird dabei stark verlangsamt. Die Tiere sind während der Winterstarre demnach völlig bewegungsunfähig. Homoiotherme (= Gleichwarme): halten ihre Körpertemperatur weitgehend konstant Weitgehend von der Umgebungstemperatur unabhängig Erzeugen durch ihren Stoffwechsel Wärme Auch im Winter aktiv Brauchen immer genügend Energie zur Aufrechterhaltung ihrer Körpertemperatur Besitzen System zur Steuerung der Thermoregulation Nutzen Stoffwechselwärme oder erzeugen diese aktiv (z.B. durch Muskelzittern) Isolierende Körperbedeckung (Fell, Federn), wärmedämmendes Fettgewebe, leistungsfähiger Blutkreislauf zum Wärmetransport, Wärmeabgabe + Kühlung (Schweißabsonderung, Hecheln) → ÜBERWINTERUNG: Winterruhe (Dachs, Eichhörnchen, Waschbär und Braunbär): ohne Absenkung der Körpertemperatur → Winterschlaf (Fledermäuse, Siebenschläfer, Hamster und Murmeltiere) senken ihre Körpertemperatur und alle Körperfunktion drastisch ab. → → → → → → → →

→ Bergmann’sche Regel: Im Verhältnis zur Körperoberfläche großes Körpervolumen bei Arten in kalten Regionen im Vergleich zu nahe verwandten Arten in warmen Regionen → Allen’sche Regel: Längere Körperanhänge (Ohren, Schwänze, etc.) bei Arten in warmen Gebieten im Vergleich zu nahe verwandten Arten in kalten Regionen → Wärmeabgabe durch Körperanhänge

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