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Biologie Mennel        Begriffe im Ökologie-Unterricht der W2A       14.9. > 28.9. > 19.10.2019

Ökologie: Die Lehre, wie das Lebendige sich miteinander und mit den Abläufen auf der Erde arrangiert.

Man betrachtet in der Ökologie das Biotop: Ein Lebensraum, in dem die darin vorhandenen Lebewesen miteinander in Beziehung treten.

Das Biotop bietet eine Biozönose (der Begriff ist nicht so wichtig): Das ist die Lebensgemeinschaft der Lebewesen im Biotop.

Im Biotop hat jede Art ihr Habitat: Das ist der Bereich im Biotop, in dem sich die Art besonders gut fortpflanzt.

Eine "Art" sind alle Lebewesen, die man miteinander kreuzen kann und die über mehrere Generationen sich nach der Kreuzung fortpflanzen.

Formal gehören alle Hunde der gleichen Art an! Hingegen ein "Maultier" - die Kreuzung aus Pferdestute und Eselhengst - lebt durchaus, kann aber keine Nachkommen zeugen. Also sind Esel und Pferd zwei Arten.

Man vermutet, dass Mensch und Neandertaler der gleichen Art angehören, also fortpflanzungsfähige Nachkommen haben konnten. Das passierte aber selten aus ökologischen Gründen - diese beiden Rassen der Art "Homo Sapiens" bevorzugten verschiedene Biotope.

"Rassen" sind verschiedene Ausgestaltungen der gleichen Art.

Bei jeder Art, oft nochmals einzeln bei jeder Rasse, kann man ihre ökologische Potenz formulieren: Wie elastisch sich eine Art auf einen Umweltfaktor einstellen kann.

Beispielsweise kommen Wildkaninchen besser klar in der Stadt als Hasen. Sie haben also in einem von Menschen eng besiedelten Gebiet die größere ökologische Potenz.

Umweltfaktoren kann man zweiteilen in:

1. abiotische Faktoren: Einflüsse der unbelebten Umwelt.

Beispiele: Temperatur, Licht, Feuchtigkeit, Gezeiten (Ebbe, Flut, Monatszyklus), Wind, Salzgehalt im Wasser, Bodenbeschaffenheit, Form des Geländes

2. biotische Faktoren: Einflüsse der belebten Umwelt

Bei den biotischen Faktoren geht es um die Vielfalt und Leistung der schon vorhandenen Arten in einem Biotop - das ist die zwischenartliche Konkurrenz.

Beispiele: Angebot an Nahrung für Pflanzenfresser und Fleischfresser. Anzahl der Räuber, Anzahl der Beute (Räuber-Beute-Beziehungen). Menge der schon vorhanden Lebewesen in einem Biotop.

Einflüsse, die innerhalb der gleichen Art die Lebewesen aufeinander ausüben, zählen auch zu den biotischen Faktoren. Man nennt sie "innerartliche Konkurrenz".

Bei jeder Art gibt es zu jedem Umweltfaktor einen Toleranzbereich: Wo erwachsene Tiere klarkommen, und, enger: Wo die Art sich über mehrere Generationen fortzupflanzen imstande ist.

Ökologen benennen dann Umweltfaktoren, bei denen eine Art stenopotent ist - eine geringe Toleranz hat. Oder umgekehrt, wo eine Art eurypotent ist - eine große Toleranz hat (beide Begriffe sind nicht so wichtig).

Den Toleranzbereich einer Art bezüglich eines Umweltfaktors kann man grafisch darstellen - mit Minimum und Maximum (jenseits davon tritt jeweils der Tod ein), Pessimum (da lebt ein erwachsenes Lebewesen weiter, will aber weg) und Optimum (da hin strebt ein Lebewesen bezüglich eines Umweltfaktors).

Zeichnet man den Toleranzbereich mehrerer Arten bezüglich eines Umweltfaktors in ein Diagramm ein, vergleicht man die ökologische Potenz verschiedener Arten. Den Karpfen zieht es z.B. in den warmen Teich, die Forelle in den kühlen Bach. Die Toleranzbereiche beider Arten überschneiden sich - beispielsweise kann man auch Forellen im Teich züchten.

Lebewesen sind angepasst an ihr Biotop. Also sie vererben Eigenschaften, die ihrer Art in einer ökologischen Nische einen Selektionsvorteil verschaffen.

Eine ökologische Nische ist die Sammlung von Umweltfaktoren, bei der eine Art sich gegenüber allen anderen Arten durchsetzt.

Schwankungen der Umweltfaktoren im Biotop lassen eine ökologische Nische verschwinden oder weiterwandern. Beispielsweise waren die Wälder in Deutschland im Mittelalter von Eichen dominiert. Seit hundert Jahren setzt sich die Buche durch.

Eine Art hat einen Selektionsvorteil, wenn sie mehr Nachkommen in ihrer ökologischen Nische zur Fortpflanzung bringt als andere Lebewesen in der gleichen Nische.

"Selektion" ist ein Begriff von Darwin: Die Lebewesen konkurrieren in einem Biotop miteinander. Am besten an eine ökologische Nische angepasste Exemplare haben die meisten Nachkommen.

Der Erfolg einer Art definiert sich nach Darwin anhand der Anzahl von Nachkommen, die über mehrere Generationen hinweg wieder Nachkommen der gleichen Art erzeugen.

Insekten beispielsweise in Deutschland erzeugen zwar Unmengen von Nachkommen, aber nur wenige überstehen die Winter.

Zwei einfache Selektions-Folgen aufgrund abiotischer Faktoren wurden schon vor hundert Jahren beschrieben:

1. Vergleichbare Arten haben umso weniger ausgeprägte Extremitäten, je kälter ihr Lebensraum ist. "Extremitäten" ist alles, was herausragt - Beine, Schwanz, Ohren. Beispiel: Der Wüstenfuchs hat sehr große Ohren, der Polarfuchs die vergleichsweise kleinsten Ohren aller Fuchsarten. Das ist die Allen-Regel.

2. Bei gleichwarmen Tieren (Säugetiere und Vögel) nimmt die Größe vergleichbarer Arten zu, je kälter ihr Lebensraum ist. Diese Selektion nach Größe der Art gilt zumindest bei Tigern und heißt Bergmann-Regel.

Wechselwarme Tiere (Reptilien, Amphibien, Gliederfüßler und alle Arten, die nie an Land gingen) gelangen an Land nicht in die kalten Zonen. Ihr Lebensminimum liegt bei einem Grad über Null. Erst gleichwarme Tiere, vom Pinguin bis zum Rentier, kommen auch mit eisiger Umwelt klar.

Bei der ökologischen Nische gibt es die Fundamental-Nische: Wo das Lebewesen zu finden ist ohne Konkurrenz. Dazu im Vergleich seine Real-Nische: Wo das Lebewesen zu finden ist im Biotop - mit all seinen Konkurrenten.

Beispielsweise gedeiht die Waldkiefer sehr gut da, wo viele andere Bäume auch gedeihen. Sie kommt da aber kaum vor. Sie setzt sich tatsächlich durch an den Grenzen ihres Toleranzbereiches. Denn sie hat eine weiter reichende ökologische Potenz als andere Bäume gegenüber Trockenheit und Kälte.

Angebote der Umwelt, die von einem Lebewesen verbraucht werden, heißen Ressourcen. Das Angebot an jagdbaren Tieren ist also die Ressource des Fuchses. Jedes Lebewesen in der Wüste zeigt besondere Anpassungen, damit es mit der knappen Ressource "Wasser" klarkommt.

Angebote der Umwelt, die stetig vorhanden sind, die durch Nutzung nicht knapp werden, heißen Ökofaktoren. Für Meeresfische ist das beispielsweise das Meer. Für einen Wald ist es im Prinzip das Licht. S. 250: Ökofaktoren des Mäusebussards.

Eine Population ist die Anzahl der Lebewesen einer Art in einem Biotop. Es sind also die Lebewesen einer Art, die sich treffen, sich kreuzen können und Nachkommen haben können, sowie ihr Nachwuchs.

Trifft eine Population auf keine Konkurrenten und hat sie genug Ressourcen, zeigt sie ein exponentielles Wachstum. Das endet IMMER (legendär sind da die Lemminge).
So manche Art hat überlebt, indem sie auf gute Wachstumsbedingungen nicht reagiert und trotzdem die gleiche Populationsgröße beibehält - z.B. Schimpansen. Solche Arten überdauern Schwankungen, denen ihr Lebensraum unterworfen ist. Nach einer großen Krise kommen sie aber kaum wieder in Gang.

Typisch in der Ökologie sind wiederkehrende Populationsschwankungen, sogenannte Oszillationen (dichteabhängige regelmäßige Schwankungen, S. 253).
Die bekannteste Oszillation entsteht durch Räuber-Beute-Beziehungen (S. 254): „Nur Luchse jagen nur Hasen“ - diese Oszillation hat es in Kanada tatsächlich gegeben.

Daneben gibt es unregelmäßige gute und schlechte Ereignisse, die nicht aus dem Biotop stammen. Das ist Abiotisches wie Klima, Boden, Katastrophen. Diese dichteunabhängigen Faktoren erzeugen Fluktuationen einer Population.

In den typischen Ökosystemen gibt es eine Hierarchie der „Trophiestufen“. Man findet sie, indem man auf die Ernährung schaut.

Wer sich nur von anorganischer Substanz ernährt - das, was in der Luft, im Wasser und im unbelebten Boden drin ist - ist autotroph. Das sind alle grünen Pflanzen und eine Reihe von Einzellern. Ein Kaktus ist z.B. autotroph. Wer autotroph ist, zählt in der Ökologie zu den Produzenten: Er vermehrt die Biomasse, die organische Substanz.

Wer organische Substanz braucht - da stecken organische Moleküle drin, die auf Kohlenstoff basieren - ist heterotroph. Das sind alle Tiere und auch sonstige Vielzeller, die kein Chlorophyll haben (z.B. Pilze). Der Mensch ist z.B. heterotroph. Wer heterotroph ist, zählt in der Ökologie zu den Konsumenten: Er verbraucht Biomasse, also organische Stoffe, die von den Produzenten aufgebaut wurden (S. 258).

Bekannt ist der Versuch mit der Geranie in einem Blumentopf und der Maus - beide unter einer Glasglocke. Wenn man die Geranie in die Sonne stellt und ihr gelegentlich Wasser zuführt, ohne die Luft zu erneuern, stirbt sie ab. Eine Maus allein unter einer Glasglocke erstickt. Gibt man Maus und Geranie unter einer Glasglocke, füttert die Maus gelegentlich und gießt die Geranie gelegentlich, kommen diese Produzentin und diese Konsumentin schon ganz gut klar. In Schulen wird oft versucht, ein komplett geschlossenes Klein-Ökosystem in einem Terrarium zu erzeugen. Da wird einiges Wasser und einige Erde hineingegeben, sowie ein paar Lebewesen. Dann wird ein Glasdeckel mit luftdichtem Kitt darübergedeckt. Nur die Sonne scheint darauf (das entspricht ungefähr dem Gesamtzustand unserer Erde!). Manchmal klappt dieses Experiment jahrelang.

Wenn die Blätter der Geranie fallen, wenn die Maus Stuhlgang hat - wer befasst sich damit? Die Destruenten. Das sind die Abfallfresser. Es gibt da einige Vielzeller - aber im Ergebnis leisten Einzeller die Schlussarbeit: Sie erzeugen wieder anorganische Substanzen. - Erde und Gase. Jeder Komposthaufen wartet darauf, zu Humus = fruchtbarem Boden zu werden. Den Vorgang, dass organische Substanz zurückverarbeitet wird zu anorganischer, nennt man Mineralisation (S. 259)