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Biologie · Ökologie
Aufbau eines Ökosystems, abiotische und biotische Faktoren mit Toleranzbereich, Nische, Populationswachstum, die Odum-Beziehungen zwischen Arten, Energiefluss, Stoffkreislauf und Umweltschutz.
Ökologie fragt, wer was braucht und wen beeinflusst. Energie fließt einmal durch und geht als Wärme verloren, Stoffe kreisen.
Ein Ökosystem ist Biotop plus Biozönose. Es ist offen, dynamisch und komplex: Energie, Stoffe und Organismen wechseln über seine Grenzen.
| Begriff | Das ist |
|---|---|
| Biotop | unbelebte Umwelt der Gemeinschaft |
| Biozönose | Lebewesen aller Arten |
| Population | Individuen einer Art im Gebiet |
| Habitat | Lebensraum einer Art |
Abiotische Faktoren kommen aus der unbelebten Umwelt: Licht, Temperatur, Wasser, Salzgehalt, Sauerstoff, pH-Wert. Biotische Faktoren gehen von Lebewesen aus: Konkurrenz, Fressfeinde, Parasiten, Symbiosepartner. Konkurrenz um Licht ist biotisch, Licht selbst abiotisch.
Jede Art verträgt einen Faktor nur zwischen einem Minimum und einem Maximum. Das ist ihr Toleranzbereich:
Eury- heißt weit, steno- eng. Die Endung nennt den Faktor:
| Endung | Faktor |
|---|---|
| -therm | Temperatur |
| -hygr, -hydr | Feuchte, Wassergehalt |
| -halin | Salzgehalt |
| -bath | Wassertiefe |
| -phag | Nahrungsspektrum |
| -ök, -top | alle Faktoren zusammen |
Gleichwarme Tiere sind eher eurytherm und oft euryök.
Die ökologische Nische ist kein Ort, sondern die Rolle einer Art: alle biotischen und abiotischen Ansprüche samt ihrer Funktion im Ökosystem. Das Habitat ist die Adresse, die Nische der Beruf.
Ohne Konkurrenz nutzt eine Art ihre fundamentale Nische, mit Konkurrenz nur die kleinere realisierte Nische.
Das Konkurrenzausschlussprinzip: Zwei Arten mit gleicher Nische, die um dieselbe begrenzte Ressource konkurrieren, koexistieren nicht dauerhaft. Die stärkere verdrängt die schwächere.
Koexistenz gelingt über Nischendifferenzierung, etwa andere Nahrung oder Aktivitätszeit.
Eine Population wächst durch Geburten und Zuwanderung und schrumpft durch Tod und Abwanderung.
Ohne Grenzen wächst sie exponentiell. Real bremsen knappe Ressourcen: Das logistische Wachstum ist eine S-Kurve, die sich der Tragfähigkeit nähert. Darüber steigen Sterberate und Abwanderung.
Das biologische Gleichgewicht ist dynamisch: Die Größen schwanken um einen Mittelwert. Negative Rückkopplung stabilisiert, positive verstärkt Abweichungen. Neue Arten oder Klimawandel können es verschieben. Hohe Artenvielfalt macht es meist widerstandsfähiger.
Nach Odum bekommt jede Beziehung zwei Vorzeichen: + nützt, − schadet, 0 neutral. Die Reihenfolge ist egal, 0/+ ist dasselbe wie +/0.
| Beziehung | Symbol | Merke |
|---|---|---|
| Konkurrenz | −/− | beide verlieren |
| Parasitismus | +/− | Wirt lebt meist weiter |
| Prädation | +/− | Beute stirbt |
| Amensalismus | 0/− | z. B. Penicillium hemmt Bakterien |
| Neutralismus | 0/0 | keine Wirkung |
| Kommensalismus | 0/+ | einer profitiert |
| Mutualismus | +/+ | fakultativ |
| Eusymbiose | +/+ | obligat |
Beziehungen mit negativer Wirkung auf mindestens einen Partner heißen Antibiosen: Konkurrenz, Parasitismus, Prädation, Amensalismus. Neutralismus gehört nicht dazu. Kommensalismus ist eine Probiose (0/+), Mutualismus und Eusymbiose bilden die Symbiose (+/+).
Allelopathie ist Konkurrenz per Chemie.
Für Räuber und Beute gelten die Lotka-Volterra-Regeln:
Konsumenten und Destruenten sind heterotroph.
Nur etwa 10 % der Energie landen als Biomasse in der nächsten Stufe (10-Prozent-Regel, ein Modell, real 5 bis 20 %). Der Rest geht als Wärme durch Zellatmung verloren oder landet als Detritus bei den Destruenten.
10 000 kcal → 1 000 kcal → 100 kcalProduzenten → Primär- → Sekundärkonsumenten
Darum sind Nahrungsketten kurz (meist 4 bis 5 Glieder), und die Biomasse nimmt nach oben ab. Schwer abbaubare Gifte reichern sich nach oben an: Biomagnifikation.
| Merkmal | Energie | Stoffe |
|---|---|---|
| Weg | Einbahnstraße | Kreislauf |
| Nach der Nutzung | Wärme, verloren | mineralisiert, wiederverwendet |
Umweltschutz sichert die Lebensgrundlagen des Menschen (Luft, Wasser, Boden, Klima) und damit seine Gesundheit: Er ist anthropozentrisch. Naturschutz schützt Arten und Lebensräume um ihrer selbst willen: ökozentrisch.
Grenzwerte regeln Emissionen (Schadstoffausstoß an der Quelle) und Immissionen (Belastung am Einwirkungsort). Vorsorge verhindert Schäden, Renaturierung repariert entstandene.
Zu viel Phosphat und Nitrat im See führt zur Eutrophierung: Algenblüte, Sauerstoffmangel, Fischsterben.
Interaktive Darstellung
Deine AufgabeStelle das Optimum und die Toleranzbreite ein und verschiebe den Messpunkt über den Faktorbereich: Wo liegt das Optimum, wo beginnt das Pessimum — und was passiert mit der Leistung, wenn der abiotische Faktor den Toleranzbereich verlässt?
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeVerfolge die Nahrungskette und das Detritusnetz. Welche Anteile gelangen nicht in die nächste Trophiestufe? Unterscheide Wärmeabgabe von organischem Material und den Mineralstoffrückfluss von Energie.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
