Zusammengefaßt von Christian Freier

Bettina- von- Arnim- Oberschule Leistungskurs Biologie

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Weitere Hausaufgaben in Biologie

Organismus und Umwelt

Lebensraum und Umwelt

Umwelt

Umwelt ist die Gesamtheit aller Faktoren, die auf einen Organismus oder

seine Teile von außen einwirken.

Biosphäre

Die Biosphäre ist der von Lebewesen besiedelte Teil der Erdkugel. Sie erstreckt sich über Teile der Atmosphäre, der Litosphäre und Hydrosphäre. Lebewesen können in der Atmosphäre bis zu einer Höhe von 18 km existieren. Im Bereich der Litosphäre dringen sie in der Regel nur wenige Meter tief in das Erdreich ein. Die Hydrosphäre ist in ihrer gesamten Ausdehnung belebt.

Biotop

Ein Biotop ist der Lebensraum einer Lebensgemeinschaft (Biozönose) und ihrer Einzelglieder (der Organismen). Er ist durch die Gesamtheit der in ihm wirkenden Umweltfaktoren gekennzeichnet.

Umweltfaktoren

Die Umweltfaktoren bilden in ihrer Gesamtheit die Lebensbedingungen, die auf Organismen fördernd oder hemmend wirken. Zu den Umweltfaktoren gehören die von den Organismen ausgehenden Wirkungen (biotische Faktoren) und solche, die aus der aus der nichtlebenden Natur stammen (abiotische Faktoren).

Biotische Umweltfaktoren. Äußern sich in Form bestimmter Beziehungen der Organismen untereinander (z.B. Nahrungsbeziehungen, Konkurrenzbeziehungen, Fortpflanzungsbeziehungen).

Abiotische Beziehungen. Sind Licht, Wasser, Temperatur sowie mechanische und chemische Einwirkungen der Umwelt auf die Organismen.

Beziehungen zwischen Organismen und Umwelt

Toleranzbereich

Der Toleranzbereich ist die Spanne zwischen den Grenzwerten eines Umweltfaktors, die die Lebensprozesse eines Organismus gerade noch ermöglichen. Er wird gekennzeichnet durch das

- Minimum als unteren Grenzwert des Toleranzbereiches,

- Maximum als oberen Grenzwert des Toleranzbereiches,

- Optimum als der für den Organismus günstigste Wirkungsbereich des Faktors.

Die Abhängigkeit der Lebensprozesse von der Ausprägung des Umweltfaktors läßt sich durch eine Toleranzkurve grafisch darstellen.

Innerhalb der Ausprägung eines Faktors ist derjenige Bereich, der den Ansprüchen der Organismen am besten genügt (Optimum), der Vorzugsbereich. Tiere können diesen Bereich meist aktiv aufsuchen.

Änderung der physiologischen und ökologischen Potenz

Die physiologische und die ökologische Potenz eines Organismus können sich ändern; beispielsweise

- im Verlauf der Individualentwicklung (z.B. Unterschiede zwischen Jungtieren und erwachsenen Individuen, zwischen Larven und geschlechtreifen Tieren),

- bei jeweils unterschiedlicher Wirkung weiterer Umweltfaktoren (z.B. veränderter Anspruch an Feuchtigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen).

Ökologische Potenz

Die ökologische Potenz ist die Fähigkeit der Organismen einer Biozönose, Schwankungen von Umweltfaktoren bei gleichzeitiger Einwirkung der Konkurrenz durch andere Organismen der Biozönose innerhalb des Toleranzbereiches zu ertragen.

Stenöke Arten. Können Schwankungen von Umweltfaktoren kaum ertragen, sie sind an eine bestimmte Intensität der Umweltfaktoren angepaßt. Stenöke Arten haben eng begrenzte Verbreitungsgebiete.

Euryöke Arten. Können Schwankungen von Umweltfaktoren ohne wesentliche Beeinträchtigung ertragen. Sie haben in der Regel ein größeres Verbreitungsgebiet als stenöke Arten.

Eine Art kann gegenüber einem Umweltfaktor (z.B. gegenüber der Temperatur) stenök (z.B. stenotherm) sein, gegenüber einem anderen Faktor (z.B. gegenüber dem Salzgehalt des Wassers) aber euryök (eurytherm) sein.

Physiologische Potenz

Die physiologische Potenz ist die Fähigkeit eines Organismus, in einer Reinkultur, also ohne die Wirkung der Konkurrenz durch andere Organismen, Schwankungen eines Umweltfaktors innerhalb des Toleranzbereiches zu ertragen.

Die physiologische Potenz ist in der Regel größer als die ökologische Potenz, in seltenen Fällen können beide gleich groß sein.

Ökologische Nische

Die ökologische Nische umfaßt alle die Umweltfaktoren, die ein bestimmter Organismus aus der Gesamtheit aller Umweltfaktoren eines Lebensraumes für sch nutzt. Eine neben ihm im gleichen Lebensraum vorkommende Art hat in der Regel eine andere ökologische Nische.

Die Lebewesen eines Lebensraumes haben verschiedene Möglichkeiten der Einmischung, zum Beispiel durch

- unterschiedliche Aktivitäten zu bestimmten Tages- bzw. Jahreszeiten,

- unterschiedliche Fortpflanzungszeiten,

- unterschiedliche Nutzung des Nahrungsangebots im Lebensraum,

Wirkung abiotischer Umweltfaktoren auf die Organismen

Umweltfaktor Licht

Die von der Sonne ausgehende Strahlen erscheinen im Bereich der Wellenlängen von 390nm bis 780 nm als sichtbares Licht. Licht hat verschiedene Intensität (Beleuchtungsstärke), in Abhängigkeit von der Wellenlänge verschiedene Farben und wirkt auf Organismen mit einer bestimmten Dauer (Tageslänge) ein. Licht beeinflußt:

- als Energiequelle die Fotosynthese

- die Geschwindigkeit und die Richtung pflanzlichen Wachstums,

- die Aktivitäts- und Ruhephasen der Organismen (z.B. Tag- und Nachtaktive),

- die Geschwindigkeit der Individualentwicklung einiger Organismen (z.B. Lang- und Kurztagpflanzen)

Reaktion der Pflanzen auf die Lichtintensität

Je nach Beleuchtungsstärke können an einer Pflanze Licht- und Schattenblätter ausgebildet sein. Es gibt typische Lichtpflanzen und Schattenpflanzen mit charakteristischer Angepaßtheit an die Lichtverhältnisse des Standortes.

Reaktion der Pflanzen auf die Dauer der Lichteinwirkung. Bei Sproßpflanzen gibt es in Abhängigkeit von der Dauer der Lichteinwirkung Kurztag-, Landtag- und Tagneutrale Pflanzen.

- Kurztagspflanzen: Übergang von der vegetativen zur generativen Phase erfolgt nur bei einer Belichtung von weniger als 12 Stunden pro Tag (z.B. Reis, Baumwolle).

- Landtagspflanzen: Übergang von der vegetativen zur generativen Phase erfolgt nur bei einer Belichtung von mehr als 12 Stunden pro Tag (z.B. Roggen, Hafer).

- Tagneutrale Pflanzen: zeigen keine Beziehung zur täglichen Belichtungsdauer beim Übergang von der vegetativen zur generativen Phase (z.B. Sonnenblume).

Reaktion der Tiere auf Lichteinwirkung

Tiere reagieren auf Licht beispielsweise mit bestimmten Verhaltensweisen:

- Sie haben einen deutlichen Tag- Nachtrhythmus mit Ruhe- und Aktivitätsphasen (nachts- und tagaktive Tiere),

- Bei bestimmten Helligkeitswerten der Morgenstunden beginnen Singvögel mit dem Gesang (Vogeluhr).

Umweltfaktor Wasser

Wasser gehört zu den Grundvoraussetzungen für die Lebensfähigkeit der Organismen. Wasserpflanzen und Wassertiere nutzen Wasser ständig als Lebensraum. Nur wenige Organismenarten oder Teile von Organismen (Samen, Sporen) können längere zeit ohne Wasserzufuhr bei stark eingeschränktem Stoffwechsel überdauern, Wasser dient den Organismen als

- Lösungs- und Transportmittel für Nährstoffe und Stoffwechselprodukte,

- Bestandteil des Zellplasmas und Quellmittel,

- Reaktionsstoff in vielen Stoffwechselreaktionen (Fotosynthese, Atmung, Verdauung)

Die Art des Niederschlages (Schnee, Regen, Nebel), die zeitliche Verteilung (Sommer, Winter) und die örtlichen Besonderheiten des Lebensraumes (z.B. dem Niederschlag zugewandte oder abgewandte Abhänge der Gebirge) beeinflussen die Pflanzendecke der Erde.

Reaktionen der Tiere auf den Faktor Wasser

Tiere suchen in der Tegel Lebensräume mit ausreichendem Wasserangebot auf oder meiden Lebensräume, in denen die Verdunstung die Wasseraufnahme übersteigt. Tiere mit ähnlicher Angepaßtheit an den Wasserfaktor bilden ökologische Gruppen.

Reaktion der Pflanzen auf den Faktor Wasser

Pflanzen reagieren auf die Wasserverhältnisse in ihrem Lebensraum mit Angepaßtheit in physiologischen und morphologisch- anatomischen Merkmalen. Wechselfeuchte Pflanzen gleichen ihren Wassergehalt weit gehend dem Feuchtigkeitszustand ihrer Umgebung an; ihre Zellen haben keine Zentralvakuole; das Plasma schrumpft bei Eintrocknung allmählich, der Stoffwechsel wird eingeschränkt.

Eigenfeuchte Pflanzen können den Wasserhaushalt in den Zellen konstant halten; ihre Zellen haben große Zentralvakuolen, die bei Trockenheit Wasser an das Plasma abgeben.

Umweltfaktor Temperatur

Lebensprozesse laufen im allgemeinen zwischen Null °C und 40 °C ab. Unterschreiten dieses Temperaturbereichs kann zum Gefrieren des Zellwassers, Überschreiten zur Gerinnung der Zelleiweiße führen. Viele Organismen ertragen aber kurzzeitig oder längerfristig niedrigere oder höhere Temperaturen (z.B. können Nadelbäume noch bei Minusgraden Fotosynthese durchführen, einige Bakterien leben in der Nähe heißer Quellen von über 60 °C).

Reaktionsgeschwindigkeit- Temperatur- Regel (RGT- Regel)

Die RGT- Regel besagt, daß bei chemischen Reaktionen die Reaktionsgeschwindigkeit bei steigender Temperatur zunimmt, sie verdoppelt sich etwa bei einer Zunahme der Temperatur um 10 °C. Da die Lebensprozesse der Organismen auf biochemischen Reaktionen beruhen, gilt diese Regel auch für die Lebewesen, wenn andere Umweltfaktoren gleichzeitig in optimaler Ausprägung wirken.

Berg´mannsche Regel

Die Berg´mannsche Regel (Größenregel) besagt, daß einige Vögel- und Säugetierarten in kälteren Klimazonen(in höheren Breiten und in Gebirgen) größer sind als nahe verwandte Arten in wärmeren Klimazonen (z.B. Eisbär - Braunbär, Polarfuchs – Rotfuchs). Große Tiere haben im Verhältnis zum Volumen eine kleinere Oberfläche. Es gibt viele Tierarten, die von dieser Regel abweichen.

Allen´sche Regel

Die Allen´sche Regel (Proportionsregel) besagt, daß bei Vögeln und Säugetieren einige Arten in kalten Klimazonen kürzere Ohren, Schwänze oder Extremitäten haben als ihnen nahe verwandte Arten oder Unterarten in wärmeren Klimazonen. An langen äußeren Körperteilen kann Wärme abgestrahlt werden, kürzere Körperteile verhindern zu große Wärmeverluste.

Temperaturabhängigkeit und Reaktion auf den Temperaturfaktor bei gleichwarmen Tieren

Gleichwarme Tiere erzeugen im Stoff- und Energiewechsel Eigenwärme und halten ihre Körperwärme unabhängig von der Außentemperatur, weit gehend konstant ( Vögel, Säugetiere). Das wird durch Schutzeinrichtungen vor Unterkühlung oder Überhitzung (z.B. Haar oder Federkleid, Fettschichten) sowie durch den Atmungsstoffwechsel unterstützt. Gleichwarme Körpertemperatur schließt Schwankungen innerhalb bestimmter Grenzen ein. Im allgemeinen sind weit vom Körperinnern entfernte Organe (Extremitäten, Kopfanhänge) kälter als der Kopfkern. In Schlafzuständen wird die Körpertemperatur meist etwas herabgesenkt.

Winterruhe. Einige Säugetierarten gemäßigter Klimazonen überdauern die kalte Jahreszeit in einem Ruhezustand mit eingeschränkter Stoffwechselaktivität. Sie überbrücken das mangelnde Nahrungsangebot im Winter. Bei Hungerzuständen erwachen sie und nehmen angelegte Nahrungsvorräte auf (Eichhörnchen, Hamster).

Winterschlaf. Einige Säugetiere halten einen ununterbrochenen Winterschlaf. Sie senken die Körpertemperatur bis zu 5 ° C, den Energieverbrauch auf 1/10 des Normalwertes (Igel, Fledermaus, Murmeltier).

Temperaturabhängigkeit und Reaktion auf den Temperaturfaktor bei wechselwarmen Tieren

Wechselwarme Tiere erzeugen wenig Eigenwärme, nehmen Umgebungstemperatur auf und geben Wärme meist ungehindert an die Umwelt ab. Ihre Körpertemperatur entspricht weit gehend der Temperatur im Lebensraum. Folglich hängt ihre Lebensaktivität (Stoffwechsel, Bewegung, Dauer der Individualentwicklung) stark von der Außentemperatur ab; jenseits der aktiven Lebensbereiche tritt in der Regel Kältestarre bzw. Wärmestarre ein.

Aerobe Lebewesen

Organismen, die für Stoffabbau und Energiefreisetzung Sauerstoff benötigen (Atmung). Sie kommen nur in Biotopen mit ausreichendem Sauerstoffangebot vor.

Anaerobe Lebewesen

Organismen, die Stoffabbau und Energiefreisetzung durch Gärungsprozesse ohne Sauerstoffbeteiligung realisieren. Sie können in sauerstofffreien (z.B. Faulschlamm der Gewässer) Biotopen existieren.

Poikilosmotische Organismen. Können die Salzkonzentration ihrer Körperflüssigkeit der der Umgebung anpassen.

Homoiosmotische Organismen. Halten die Salzkonzentration ihrer Körperflüssigkeit konstant. Sie sind gegenüber der Umwelt hypotonisch (Meeresfische) oder hypertonisch (Süßwassertiere).

Wirkung biotischer Umweltfaktoren – Beziehungen der Organismen untereinander

Konkurrenz

Konkurrenz ist der Wettbewerb zwischen zwei Organismen mit gleichen Umweltansprüchen um Raum, Nahrung, den Geschlechtspartnern und um abiotische Umweltfaktoren. Es gibt intraspezifische und interspezifische Konkurrenz. Konkurrenz ist mit gegenseitigen Störeffekten unter den beteiligten Individuen (Konkurrenten) verbunden, die dazu führen können, daß:

- ein Konkurrent in seiner Lebensfähigkeit eingeschränkt ist,

- der konkurrenzschwächere Organismus (Art) eine andere ökologische Nische einnimmt

- die Art mit geringerem Vermehrungspotential ausgemerzt wird.

Konkurrent ist meist ein Prozeß, der zeitlich begrenzt wirksam ist, beispielsweise, wenn zwei Arten nur in bestimmten Phasen ihrer Individualentwicklung in Konkurrenz treten (z.B. Vögel mit gleichem Nistplatzansprüchen).

Konkurrenzauschluss. Im gleichen Lebensraum können zwei Arten mit völlig übereinstimmenden Umweltansprüchen, d.h. gleicher ökologischer Nische, nicht gleichzeitig existieren.

Konkurrenzverminderung (- vermeidung). Trotz sehr ähnlicher Umweltansprüche können Organismen im gleichen Lebensraum mit minimalen Konkurrenzerscheinungen vorkommen, wenn sie jeweils eine andere ökologische Nische einnehmen.

Intraspezifische (innerartliche) Beziehungen

Innerartliche Beziehungen treten zwischen Angehörigen einer Art vor allen Dingen bei der geschlechtlichen Fortpflanzung und der Bildung von Gesellschaften auf. Sie wirken im Gegensatz zur innerartlichen Konkurrenz meist fördernd.

(Brutpflege, Nahrungssuche)

Interspezifische(zwischenartliche) Berziehungen

Zwischenartliche Beziehungen treten zwischen Angehörigen zweier oder mehrerer Arten auf. Sie sind häufig auf bestimmte Nahrungsbeziehungen gegründet (z.B. Parasitismus, Räuber- Beute- Beziehung).

Parasitismus

Parasitismus ist eine Beziehung zwischen zwei Organismen unterschiedlicher Arten, von denen der eine (Parasit, Schmarotzer) den anderen, meist größeren Organismus (Wirt) in der Regel durch Stoffentzug oder durch giftig wirkende Exkrete oder Sekrete schädigt und sich von dessen Körpersubstanz oder dessen Nährungsstoffen ernährt.

Symbiose

Eine Symbiose ist eine Beziehung zwischen zwei oder mehreren Individuen verschiedener Arten mit gegenseitiger Abhängigkeit und gegenseitigem Nutzen. Für beide Partner ist diese Beziehung meist so bedeutungsvoll, daß sie ohne Symbiose nicht lebensfähig sind.

Räuber- Beute- Beziehung

Viele Tiere stehen in einer Räuber- Beute- Beziehung zueinander, wobei das meist größere Tier (Räuber, Freßfeind), das kleinere Tier (Beutetier) vertilgt. Trotz der Tatsache, daß die Räuber- Beute- Beziehung zur Vernichtung des Beutetiers führt, geht in der Regel die Beuteart nicht zugrunde und die Räuberart nimmt nicht überhand, vielmehr bestehen voneinander abhängige Dichteschwankungen in den Räuber- und Beutepopulationen.

Ökologische Gesetzmäßigkeiten in Populationen

Population

Eine Population umfaßt alle Individuen einer Art in einem abgegrenzten Lebensraum. Die Glieder einer Population bilden eine Fortpflanzungsgemeinschaft. Wichtige Merkmale einer Population sind die Altersstruktur, das Geschlechtsverhältnis der Glieder, die Geburten- und Sterberate, die Verteilung der Individuen im Lebensraum, die Größe und Dichte der Population.

Populationsgröße. Ist die Anzahl der Individuen in einer Population.

Populationsdichte. Ist die Anzahl der Individuen in einer Population bezogen auf die Größe des zur Verfügung stehenden Lebensraumes.

Anlaufphase: Die Zunahme der Populationsdichte erfolgt langsam. Sie ist oft abhängig von der Anzahl der Anfangsglieder.

Phase des exponentiellen Wachstums: Es erfolgt nach kurzer Zeit eine sehr rasche Zunahme der Individuen.

Stationäre Phase: Bei einer bestimmten Populationsdichte werden hemmende Faktoren wirksam (Raum- und Nahrungskonkurrenz, Gedrängefaktor), so daß sich das Wachstum der Population verlangsamt und schließlich zum Erliegen kommt.

Umweltwiderstand. Der Umweltwiderstand ist die Gesamtheit der hemmenden Umweltfaktoren, die auf das Wachstum einer Population begrenzend wirkt.

Kapazität des Lebensraumes. Die Kapazität ist das maximale Fassungsvermögen, die maximal mögliche Individuenanzahl einer Population in einem Lebensraum. Sie ist abhängig von der Gesamtheit der Umweltfaktoren und der Fähigkeit der Organismen diese auszunutzen.

Regulation der Populationsdichte

Die Populationsdichte wird von dichteunabhängigen Faktoren (z.B. abiotische Umweltfaktoren, interspezifische Konkurrenz, Nahrungsangebot, nicht ansteckende Krankheiten) sowie von dichteabhängigen Faktoren (z.B. Raum- und Nahrungskonkurrenz, Revierverhalten, Anzahl der Feinde, ansteckende Krankheiten) reguliert. Dichteabhängige Faktoren und Populationsdichte stehen in Form von Regelkreisen miteinander in Beziehung.

+ = je größer...desto mehr (oder umgekehrt)

- = je größer...desto weniger (oder umgekehrt)

Populationsdynamik

Die Populationsdynamik umfaßt alle Veränderungen einer Population, insbesondere die Schwankungen der Populationsdichte. Von einer Reihe von Arten sind langfristige zyklische Populationsdichteschwankungen bekannt, bei denen es zu regelmäßigem Massenwechsel kommt (z.B. bei Feldmäusen, Bisamratte, Luchs, Hase, einigen Insektenarten).

Volterrasche Regeln

Volterra Regel 1 (Regel der periodischen Zyklen):

Die Dichte der Räuber- und der Beutepopulation (bzw. der Wirts- und Parasitenpopulation) schwankt bei konstanten Außenbedingungen periodisch. Dabei sind die Schwankungen (Maxima) der Räuber- und der Beutepopulation phasenverschoben.

Volterra Regel 2 (Regel der Erhaltung der Durchschhnittsklassen):

Die Mittelwerte der Populationsdichte bleiben bei beiden Arten bei unveränderten Außenbedingungen relativ konstant.

Volterra Regel 3 (Regel der Störung der Mittelwerte):

Werden durch äußere Einflüsse beide Populationen in gleichem Maße verringert, so erholt sich die Beutepopulation stets vor der Räuberpopulation. (Das können unter anderem Giftstoffe sein).

Die Volterraschen Regeln gelten unter der Bedingung, daß eine Räuberart sich nur von einer Beuteart ernährt, was in der Regel so einseitig in der Natur nicht vorkommt.