Ökologie Wolfgang Nentwig

Präsentation zum Thema: "Ökologie Wolfgang Nentwig"—  Präsentation transkript:

1 Ökologie Wolfgang Nentwig

2 Spektrum Verlag (Heidelberg) 2007 25 € / 41 CHF Seitenangaben

3 …diese Vorlesung baut auf Vorlesung 1. Jahr (9 h) auf
Vertiefung in allen Gebieten neue Teile kurze Wiederholungen Unterbrechen / Zwischenfragen erlaubt als PPT auf (Leistungseinheiten)

4 Gliederung Einführung Organismen (Autökologie)
Populationen (Populationsökologie) Wechselwirkungen zwischen Arten (Synökologie) Lebensgemeinschaft (Synökologie)

5 Einführung (Wiederholung)
Definition Ökologie ökologische Nische als zentraler Begriff effizientes Verhalten von Organismen physiologisches Optimum Überlappung von Nischen / Konkurrenz Nischenbreite / Einnischung 8

6 fundamentale vs. realisierte Nische
39

7 Einnischung ist… Spezialisierung / adaptive Radiation
Prozess in der Zeit (Evolution) fördert Artbildung schöne Beispiele: Blütenökologie, Kleidervögel Hawaii, Darwinfinken Galapagos führt zu Konvergenz 40-43

8 Einnischung und Artenzahl
Lebensraum Gemässigte Zone Tropenwald Alter (Jahre) 10.000 > Pflanzenarten regional einige 100 einige 1000 global einige einige Tierarten regional 10 Millionen Einnischung in unterschiedlich alten Lebensräumen Einnischung an Pflanzen potenziert Artenzahl Faustregel “pro Pflanzenart 10 Tierarten” 4-7

9 1.2 Umwelt der Organismen Faktor Anpassung Vermeidung Regulation
Strategien Organismus passiv euryök – breites Optimum stenök – enges Optimum aktiv 8

10 Temperatur: wichtigster Faktor (1. Jahr)
homoiotherm: Regelung der Temperatur poikilotherm: keine Regelung / Toleranz weitere wichtige Faktoren Licht – Strahlung (phot) Feuer (pyrrho) Wasser (hydr, osmotisch) biogene Elemente / Luft Boden usw. 8

11 1.2.2 Einstrahlung und Photosynthese
Spektrale Zusammensetzung Einstrahlung Abstrahlung / Reflexion Transmission Absorption Albedo R E A A T 9

12 Strahlungsqualität nimmt in Vegetation ab (dunkle Wälder)
Licht- und Schattenarten Licht- und Schattenblätter nimmt mit Wassertiefe ab 10 m absorbieren 90 % nm ROT 60 m absorbieren 90 % 500 nm GRÜN in 50 – 150 m Wassertiefe weder Farbsehen noch Photosynthese 10

13 Ökosystemare Konsequenzen
pflanzliche Primärproduktion PPP global sehr unterschiedlich Energieeffizienz gering 1-2 % (10-20 % Photovoltaik) 218

14 217

15 Eingestrahlte Energie bestimmt
Wasserhaushalt Pflanzengesellschaft Variationsmuster globale Dimension → Biodiversität (Makroökologie, Kap.4)

16 Tiere und Licht? Physiologisch heterotroph, aber 3 wichtige Bereiche:
7-D-hydro-cholesterol kurzwelliges Licht / Haut Cholecalciferol (Vitamin D3) Wirbeltiere: Rachitis, Calciumstoffwechsel 10

17 2. Orientierung im Raum optisch Schlupf vieler Wasserinsekten
weniger optisch jagende Feinde höhere Luftfeuchigkeit (Cuticulaaushärtung) reduzierte Transpiration Schwarmzusammenhalt

18 3. Orientierung in der Zeit
Chronobiologie biochemische Prozesse triggern Biorhythmik Gene / Proteinbiosynthese / Kryptochrome Schrittmacherzentren (Insekten optische Loben, Mollusken Retina, Vertebraten Epiphyse) circadiane Rhythmik (24 h) Licht als Zeitgeber (Tageszeit, Jahreszeit) 10

19 Jahresperiodik (2 Generationen, Saisondimorphismus)
W S Jahresperiodik (2 Generationen, Saisondimorphismus) Sommerform (Puppe kurzlebig,adult bei abnehmender Temperatur und Tageslänge, dunkel gefärbt) Winterform (Puppe langlebig, adult bei zunehmender Temperatur und Tageslänge, hell gefärbt) Wahrnehmung Tageslänge Licht + Temperatur 10

20 1.2.4 Feuer typische feuergeprägte Lebensräume: mediterrane Hartlaubvegetation regelmässige Feuer verhindern dichte waldartige Vegetation 251

21 247

22 Korkeichenwald Korsika Chaparral Kalifornien Feuer ebenfalls häufig
Steppen Savannen Tundra Taiga Kiefernwälder Eukalyptuswälder 249 ff

23 15

24 natürliche Ursachen (Blitze)
weltweit verbreitet / in vielen Lebensräumen Gradient der Temperatur - 300 – 700°C im Feuer - Streuauflage 100°C - 5 – 10 cm im Boden: kaum Erhöhung - neben heissen immer kalte Bereiche - d.h. Schutzmöglichkeit / Überleben Mineralisierung toter Biomasse - ersetzt / beschleunigt biotischen Abbau 15

25 Anpassungsmöglichkeiten Pflanzen
Korkeiche Quercus suber: Kork Eucalyptus: Rinde Pinus banksiana: Zapfen Erneuerungsknospen im Boden (Geophyten) Samen in der Erde (Therophyten) Regenerationsfähigkeit aus Wurzeln → Pyrrhophyten 15/101

26 Anpassungsmöglichkeiten Tiere
Vermeiden: Flucht Eingraben Nutzung frisch gebrannter Flächen: Melanophila acuminata (Buprestidae) Schwarze Kiefernprachtkäfer Infrarotsensoren 15

27 Problem Feuer = Sukzessionsbremse Feuerverhinderung
Anhäufung von Biomasse weniger, aber heftigere Feuer Schutzgebiete verwalden Konflikt mit Mensch Waldnutzung Siedlungen Lösung: kontrolliertes Brennen (fire management, fire ecology)

28

29 1.2.5 Wasser als Ressource Organismen 70 % Wasser 226

30 Wasserhaushalt von Organismen
Verfügbarkeit von Wasser für Organismus Wasseraufnahme, -transport, -speicher, -abgabe Pflanzen: Evapotranspiration Boden speichert elektrostatisch und kapillar Feldkapazität = max. Füllungsgrad mittlerer Bodenporen 17, 31

31 Regulation osmotisch wirksame Stoffe in Zellen → osmotischer Druck
→ Osmoregulation Kontrolle innen / aussen Ionenkanäle / -pumpen ATP-Verbrauch, ionenselektiv z.T. Art der Ionen unwichtig, Ladungen! Gesamtkonzentration wichtig 17

32 keine Regulation tolerant innen = aussen poikilosmotisch
mit Regulation innen konstant homoiosmotisch keine Regulation tolerant innen = aussen poikilosmotisch 19

33 poikilohydre Organismen Blaualgen / Algen Pilze, Flechten, zT Moose
mg kg Meerwasser Süsswasser poikilohydre Organismen Blaualgen / Algen Pilze, Flechten, zT Moose Dauereier von Kleinkrebsen aride Lebensräume homoiohydre Organismen Zentralvakuole der Pflanzen Cuticula, Spaltöffnungen Wurzeln kontrollierte Aufnahme, -abgabe von Wasser 35 ‰ ‰ Blut 9 ‰ 18

34 poikilohydre Flechte Ramalina maciformis 35

35 Höhere Pflanzen - cuticuläre Transpiration - stömatäre Transpiration
enge Kopplung mit PS Dilemma Verhungern / Verdursten - diverse PS-Strategien 21

36 Unterschiede bezüglich Lebensraum taxonomische Gruppen
Physiologie / Morphologie 26

37 Ökologische Anpassungen Epiphyten (Bromelien, Orchideen)
Xerophyten (aride Lebensräume) Sukkulenz (Konvergenz!) Hydrophyten (Staunässe) Halophyten (Mangroven) 21/22

38 Tiere - Integument - Atmung Insekten Tracheensystem Landcrustaceen Kiemen in Körperhöhlen Sommerschlaf, Nachtaktivität, Eingraben Wasserrückgewinnungsmechanismen - Exkretion (Aminosäureabbau!) Ammoniak (wasserlöslich) Wassertiere Harnstoff (weniger Wasser) Säugetiere Harnsäure (kristallin) Reptilien, Vögel - Oxidationswasser (100 g Fett = 107 g H2O) 22/23

39 1.2.6 Biogene Elemente H2O und Kohlenstoff, N, P, S
Makronährstoffe Ca, K, Mg, Na, Cl Mikronährstoffe / Spurenelemente Photosynthese: Mn, Fe, Cu, Zn, Va, Mg N-Stoffwechsel: Mn, Fe, Cu, B, Co, Mo Hämoglobin Fe Hämocyanin Cu Thyroxin J Zähne, Knochen F spezielle Enzyme mit Ni, Se Chlorophyll a Hämoglobin Thyroxin 23

40 24

41 Kohlenstoff / CO2 Photosynthese (s.o.) schwerer als Luft
für Pflanzen potentiell limitierend (Gewächshaus!) hohe Konzentrationen am Boden, in Erdlöchern Bodenarthropoden sind oft CO2-tolerant 25

42 Sauerstoff 21 %, meist nicht limitierend
in grosser Höhe O2-Partialdruck ↓ (40 % 5000 m) Wasserkörper: Diffusion spezifische Atmungsorgane staunasser Boden: Anpassungen (Rhizophoren) 27

43 Silicium 2. häufigstes Element der Erdkruste wenig benötigt
4wertig wie C, reaktionsträge wichtig für Kieselalgen Poaceae Herbivorenschutz 30

44 23 Elemente plus Strontium plus ….
etwa 30 von 89 stabilen Elementen biogen einige definitiv nicht essentiell ( z.B. Hg, Pb, Cd) 30

45 1.2.7 Boden als Ressource Klima Temperatur Niederschlag Vegetation
Gestein Bodentyp Verwitterung 30

46 Rohboden: A Mineralhorizont (Hochgebirge) Ranker: +h humusangereichert
C Ausgangsgestein Rohboden: A Mineralhorizont (Hochgebirge) Ranker: +h humusangereichert (Steppenböden Osteuropas) Braunerde: + Bv verwitterter Mineralhorizont, häufigster Boden Mitteleuropas Parabraunerde: Tonauswaschung Al → Bt Pseudogley: S Stauwasser w-d Wasserstau Gley: G Grundwasser o-r oxidierend/reduzierend 31

47 Verwitterung von Tonmineralien - verschiedene Bodenstruktur - Kationenaustauschkapazität - zu Ende verwitterte tropische Böden KAK gering --- mittel -- hoch 32

48 Bodenfruchtbarkeit organische Auflage des Bodens: Streu
Humus: organische Anteile des Bodens (Pflanzen- und Tierreste) C : N Verhältnis wichtig für Abbaubarkeit Huminstoffe (stabile Komplexe organischer Stoffe) Wie viele / welche Nährstoffe sind im Boden? N, P, … entscheidend für Produktivität 32

49 Verwitterungsintensität
Europa Tropen Niederschlag (mm) < 1000 mind. 3000 Jahrestemperatur (°C) 10 25 – 30 Alter (a) 5.000 – > Tiefe von A cm – dm - m mm – cm Tiefe von B 0.5 – 1 m 10 – 20 m chemische Verwitterung hält an beendet KAK mittel – hoch niedrig Nährstoffgehalt hoch Diversität Flora Diversität Fauna typische Böden Braunerde Laterosole (Roterde, Laterite, Fe, Al)

50 Serpentinböden Serpentin [Mg,Fe,Ni,Co,Cr]6Si4O10(OH)8
CH: Davos, Zermatt nur durch Spezialisten besiedelbar Serpentingrasnelke Armeria maritima serpentini Galmai-Veilchen Viola calaminaria Serpentin-Streifenfarne Asplenium 33

51 Kalkböden weit verbreitet (Kalkalpen) essentiell für einige
Arthropoden: Isopoden, Diplopoden Mollusken: Gastropoden Konsequenzen für Tiergemeinschaft Buntsandstein, Granit andere Destruentengilden