Ökologie 2: Kapitel 5

Unterteilt in Ökosysteme in der bestimmte Lebewesen (Biozönose) leben und bestimmte Lebensräume vorfinden (Biotope)

Geographische Separation von Teilpopulationen

Anpassung an Umweltbedingungen im selben Raum

• Menge der Individuen einer Art, die einen konkreten Raum (=Populationsareal) bewohnen

• genetischer Austausch ausschließlich oder überwiegend innerhalb der Population

Erbliche Veränderungen der Eigenschaften von Organismen innerhalb von Populationen über viele Generationen hinweg.

• Ständiger Wandel -> natürliche/sexuelle Selektion -> Isolation -> Artbildung (Darwin 1859)

• Evolution ist

• eine zweckmäßige Weiterentwicklung

• behandelt die Entstehung von Arten

• Evolution ist nicht

• zielgerichtet

• keine Entwicklung von einfach zu komplex

• Variabilität von Eigenschaften

• Erblichkeit von Eigenschaften

• Unterschiede im Fortpflanzungserfolg

Individuen/Genotypen, die am besten an die Umwelt angepasst sind, bringen die meisten Nachkommen hervor.

Populationen mit genetisch bedingter Variabilität

Höherer Fortpflanzungserfolg (= Fitness) der besser angepassten Form

Einzelne Ursprungsart in viele verschiedene Arten aufspaltet, die jeweils an unterschiedliche ökologische Nischen oder Lebensräume angepasst sind.

Zufällige Veränderung von Allelfrequenzen (höher in kleinen Populationen)

• Reduktion der Populationsgröße führt zu Verarmung genetischer Variabilität

• Oft werden neu entstandene Inseln nur von wenigen Individuen neu besiedelt (Galapagos, Hawaii) -> Reduktion der genetischen Variabilität

Mikroebene:

• kleine Veränderungen innerhalb der Populationen
• unterhalb der Artenebene
• beobachtbar
• zb Antibiotikaresitenz

Makroebene:

• große Veränderung
• Artenbildung
• wirkt oft über lange Zeitskalen und oft nicht direkt beocbachtbar
• zB Evolution des Menschen

Artenvielfalt und Eiegnschaften von Organismen

• genetische Struktur (Gen-Pool)

• Altersaufbau, Sozialstruktur

• Größe, Verteilung

• Vermehrungspotential (Fekundität)

• Mortalität

• V.E. Shelford (1913): Gesetz der Toleranz

• Organismen haben eine obere und untere Grenze der Toleranz ggü. bestimmten Umweltfaktoren

• Sie können eine große Toleranz für einen Faktor, aber eine geringe Toleranz für einen anderen Umweltfaktor haben

• Organismen mit großen Toleranzbereichen für alle Faktoren sind gewöhnlich am weitesten verbreitet

• Viele Beziehungen zwischen Intensität von Lebensvorgängen und Umweltfaktoren folgen einer Optimumkurve

• Extreme Bedingungen -> letal, keine Existenz möglich

• Weniger extreme Bedingungen

-> hindert Wachstum und gefährdet Existenz

• Optimale Bedingungen -> Reproduktion, ermöglicht Existenz

Toleranzbereiche von Individuen und Populationen sind nicht eindimensional

Die ökologische Rolle einer Art beschreibt -> essentiell, um das räumlich-zeitliche Auftreten einer Art zu verstehen

beeinflusst alle chemischen, physiologischen etc. Abläufe

-> RGT-Regel

(Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel): bei einem Anstieg der Temperatur um 10 °C steigen biologische Prozesse um einen konstanten Q10-Wert

Die Körperanhänge sind bei Tieren einer Art bzw. eines

Verwandtschaftskreises in kälteren Klimaten kleiner

Verwandte Arten sind in kälteren Regionen meist größer.

Grund: Volumen steigt in der dritten Potenz, Oberfläche aber nur im Quadrat → je größer ein Körper, um so relativ kleiner seine Oberfläche

→ weniger Wärmeverlust bei zunehmender Körpergröße

Tropen

• 3-Gliederung des Körpers (Tagmata = Verschmelzung von Segmenten zu funktionellen Einheiten)

• 3 Beinpaare

• 1 Paar Antennen

• Atmung:

– Stigmen (= äußere Atemöffnungen)

– Tracheen (= spiralig ausgesteift Rohre).

• Offener Blutkreislauf, Hämolymphe

ametabol: keine Metamorphose (Ei, Jungtier, Adult)

hemimetabol : unvollständige Metamorphose (Ei, Nymphe, Adult)

holometabol: vollständige Metamorphose (Ei, Larve, Puppe, Adult)

Fichtenborkenkäfer in Europa mit hohen Vermehrungspotential, schnelle Entwicklung und Symbiose mit Bakterien und Pilzen

holometabol und Anlockung durch Pheromone

Primär: Pionierkäfer durch Zufall

Sekundär: Aggregationspheromone ausgeschüttet zur Anlockung wieterer

Anti: Besatzdichte zu hoch also Ausschüttung von Ablenkungspheromonen

in Fichten, Frühling und Sommer

Große Gefahr nach abiotischen Störungen

Klarer Zusammenhang von Temperatur und

Entwicklungsgeschwindigkeit bei ektothermen Tieren, z.B. Insekten.

Aber: Kein nach oben offener, linearer

Zusammenhang!

 Kenntnis über

• sog. Entwicklungsnullpunkte (ENP) (Modell!!!)

• effektive Temperatursumme der einzelnen Entwicklungsstadien

geringere Anzahl von generationen = Voltinismus

Physiologischer Zustand der Entwicklungsruhe = extreme Stoffwechselreduktion bei extremen Umweltbedingungen

• Fakultative Diapause -> von externen Faktoren induziert

(Tageslichtlänge, Temperatur, Feuchte, Nahrungsverfügbarkeit etc.)

• Obligate Diapause -> Eintritt unabhängig von Umweltfaktoren

• Denaturierung von Proteinen

• Erhöhung der Zerfallsrate von Enzymen, ohne gleich hohe Nachbildung

• Sauerstoffversorgung unzureichend

• Struktur von Membranen wird zerstört (Schmelzen)

• verschiedene Stoffwechselschritte können unterschiedliche Q10- Werte haben -> bestimmte Substanzen werden zu viel oder zu wenig gebildet

Lange Beine, silbrige Haare, kurze Aufenthaltszeiten außerhalb des Nests, Heat- Shock-Proteins, schnelle Läufer

• Alpha-Chitin (0-60%) und Proteine; von Epidermis nach außen

• Chitin: N-hältiges Polysaccharid (N-Acetylglucosamin: C8H15NO6)

• Endocuticula: elastisch, biegsam

Bedeckt den ganzen Körper (Vorderdarm, Enddarm, Tracheen, Geschlechtsorgane)

Funktionen: Stützung, Schutz gegen Austrocknung und äußere Einflüsse, Kommukationen

Ist nicht wachstumsfähig und hormonell gesteuert

Nutzung des Oxidationswassers beim oxidativen Abbau organischer Verbindungen in lebenden Zellen (= Zellatmung oder Dissimilation)

• Eisbildung und damit Zerstörung von Zellstrukturen

• Störung von essentiellen Stoffwechselfunktionen

• Störung von zentralnervösen Steuerungszentren (z.B. Atmung)

• verschiedene Stoffwechselschritte können unterschiedliche Q10-Werte haben -> bestimmte Substanzen werden zu viel oder zu wenig gebildet

• Verhalten: Aufsuchen geschützter Habitate, Überwinterung in Gruppen

• Physiologie: Anpassungen, um das Gefrieren von

Körperflüssigkeiten zu verhindern, Einlagerung von Frostschutz-Substanzen in die Hämolymphe

• Gefriertolerant: Initiale Eisbildung im extrazellulären Raum, danach werden tiefere Temperaturen überlebt

• Gefrierintolerant: Tod, wenn Eis in Zellen gebildet wird

• Chill susceptible: Anfällig bei milden Minustemperaturen

ohne Gefrieren von Körperflüssigkeiten

Mountain pine beetle Dendroctonus ponderosae

in Kiefern

Temperatur

• Fell als Isolator und zur Tarnung
• Blubber als Fettschciht

• Erreichen oberer Limits für Entwicklung, Reproduktion etc.

• Verdrängung durch Arten aus wärmeren Regionen

• Höhere Temperaturen -> höherer Energiebedarf

• Auswirkungen auf Voltinismus (wieviele Generationen)

• Verlust von Nahrungsquellen

• Phenological mismatches -> Auswirkungen auf Interaktionen zw. Arten

• Klimatische Veränderungen schnell -> Anpassungen gegenüber thermischen Bedingungen ein langer Prozess in der Evolution -> viele Insekten können sich physiologisch nicht schnell anpassen

• Strategien: Abwanderung, phänotypische Plastizität, Anpassungen

zeitlicher Ablauf von Lebensphasen während eines Jahres

Verschiebung der Phänologie durch unterschiedliche Anpassungen an abiotische Umweltfaktoren

Dormanz – Lebewesen in saisonal veränderlichen Habitaten

Quieszenz

• Unmittelbare Reaktion, wenn ein limitierender Faktor (z.B. Temperatur) einen kritischen Wert unter-/überschreitet

Diapause

• Ein dynamischer Prozess = Entwicklungsprogramm

• Unterteilung in verschiedene Phasen

Geringere Wahrscheinlichkeit, Diapause auszuprägen

Höheres Mortalitätsrisiko, wenn keine Diapause ausgeprägt wird