5. Ökosysteme: Energie- Stoff- und Informationsfluss

Präsentation zum Thema: "5. Ökosysteme: Energie- Stoff- und Informationsfluss"—  Präsentation transkript:

1 5. Ökosysteme: Energie- Stoff- und Informationsfluss
Drei Definitionsteile „Ökologie“: Interaktionen zwischen Organismen (Individuen, Populationen, Lebensgemeinschaften) abiotische und biotische Umwelt Energie-, Stoff- und Informationsfluss 215

2 5.1 Energiefluss jährlich 300 – 800 KJ cm-2 Solarkonstante Erde
Globalstrahlung Ökosystem Produktivität 216

3 Photosynthese → Kohlenhydrate 17 KJ/g diverse weitere Stoffwechselwege
→ Fette KJ/g → Aminosäuren/Proteine 17 KJ/g Kohlenhydrate: Hauptenergiespeicher der Pflanzen nur in Samen Öl / Fett Fette: Hauptenergiespeicher von Tieren Unterhautfettgewebe der Säugetiere Fettkörper der Arthropoden ideal für Zugvögel / Winterschlaf 217

4 geringer Wirkungsgrad
Energieverlust Reflexion Evapotranspiration Konvektion geringer Wirkungsgrad 217

5 Biomasse eines Ökosystems = Σ autotropher + heterotropher Organismen
Bruttoprimärproduktion BPP = Σ photosynthetische + chemosynthetische Produktion inklusive Atmungsverluste Nettoprimärproduktion NPP = BPP – Atmungsverluste Nettoproduktion eines Ökosystems = NPP – Frass durch Herbivoren (das was übrig bleibt) Bestandesbiomasse = standing crop (Alter des Ökosystems: Maisfeld vs. Wald) 218

6 Produktivität weltweit Unterschiede - terrestrisch - marin
innerhalb Gebiet Gründe terrestrisch Niederschläge Kälte marin Licht in Meerestiefe Nährstoffe an Oberfläche Meeresströmungen 219

7 Nahrungskette und Nahrungsnetz Was macht ein Individuum
mit der aufgenommenen Energie? 220

8 Herbivorennahrungskette Destruentennahrungskette (Bäche, Wüsten,
Σ Individuen + trophische Ebenen: Energieflussschema in einem Ökosystem 2 Grundtypen Herbivorennahrungskette Destruentennahrungskette (Bäche, Wüsten, Höhlen, Tiefsee) 221

9 Nahrungsketten haben energetische Basis trophische Ebenen
ökologische Effizienz Akkumulation von Verlusten begrenzt Länge der Ketten 221

10 Konsumptionseffizienz I2/P1 50 % Zooplankton vom Phytoplankton
25 % Herbivore in Graslandökosystemen 1-5 % Herbivore in Wald gemässigter Zone Assimilatorische Effizienz A2/I2 fast 100 % viele Bakterien und Pilze ca. 80 % Carnivore bis 70 % Herbivore: Samen + Früchte bis 50 % Herbivore: Blätter 15 % Herbivore: Holz 20 – 40 % Detritivore 222

11 Energetische Kosten sind grössenabhängig Volumen – Flächenrelation
energetische Untergrenze von Säugetieren kleine Organismen sind poikilotherm wegen grösserer Körperoberfläche Probleme mit Wasserhaushalt metabolische Kosten und thermische Zusatzkosten 224

12 wichtigste Flüsse für Organismen: H20, C, N, P, S, …
5.2 Stofffluss wichtigste Flüsse für Organismen: H20, C, N, P, S, … exemplarisch: Kohlenstoff (nur 0,1 % der Erdmasse) Drei Ebenen: - wozu brauchen Organismen Kohlenstoff? - C-Fluss im System - anthropogene Veränderungen 228

13 geologisch: C via Vulkanismus aus Erde (CO2, CO, CH4)
Gase in Wasser gelöst als Carbonate gefällt biogen: aquatische Organismen entziehen Wasser Carbonat: Algen, Foraminiferen (unten), Korallen, Bryozoa (oben), Muscheln Sedimentation: Calcit, Kreide, Kalkstein, Marmor geologische Faltungen: Alpen, Pyrenäen, Himalaja (Haeckel) 228

14 biologische und geologische Prozesse eng gekoppelt
4 grosse Speicher Gestein Carbonate Weltmeer CO H2CO3 Atmosphäre CO2 Biosphäre C organisch biologische und geologische Prozesse eng gekoppelt - im wesentlichen Gaskreislauf - zentral: Photosynthese 229

15 Biomasse tote Biomasse Abbau CO2 + Niedermolekulares Kreislaufgedanke
Humus Huminsäure, Fulvosäuren Torfbildung Kohlebildung Erdöl, Erdgas → fossile Energieträger → Entzug C aus aktivem Fluss Aber: der weitaus grösste Teil der Biomasse wird wieder abgebaut (> 99,9 %) 229

16 1015 g C a-1 230

17 CO2 als Treibhausgas Temperaturerhöhung Klimawandel 232

18 Weltklima war immer variabel
aktuelle Änderung in kürzester Zeit extreme Werte 232

19 unspez.: Hintergrundrauschen / noise
5.3 Informationsfluss Sender Empfänger Nachricht spezifisch: Signal unspez.: Hintergrundrauschen / noise Kehlkopf Schallwellen Ohr Integument Farbe Auge Duftorgane Moleküle Rezeptoren Antheren Pollen Stigma / Narbe trotz Energiegehalt steht Informationsgehalt im Vordergrund 239

20 physikalisch übertragene Information optisch akustisch magnetisch
elektrisch infrarot chemisch übertragene Information Pheromone Allomone Kairomone Synomone 239

21 Optischer Informationsfluss: Optische Ähnlichkeit giftiger Tiere:
Vespidae (Wespen, Hornisse), Sphecidae (Grabwespen) Apidae (Bienen, Hummeln), Mutillidae (Ameisenwespen) (auch orange, rot, blau…) 239

22 Optischer Informationsfluss: Optische Ähnlichkeit ungiftiger Tiere:
Syrphidae Lepidoptera, Sesiidae: Cerambycidae Schwebfliege Hornissenschwärmer Bockkäfer Asilidae Stratiomyidae Tabanidae Raubfliege Waffenfliege Bremse 239

23 Optische Ähnlichkeit giftiger Tiere profitieren von Vermeideverhalten
gemeinsamer Prädatoren (Lernhilfe) Warnfarbe = aposematische Färbung echte Mimikry = Müller‘sche Mimikry Optische Ähnlichkeit ungiftiger Tiere profitieren von Schutz durch MM unechte Warnfarbe (Verwechslung) Bates‘sche Mimikry Vorbild – Nachahmer echte und falsche Information 239

24 Singzikade, Tintenfisch Somatolyse Schwärmer, Seepferd falsches Signal
kein Signal aussenden Tarntracht, Krypsis Mimese Wandelndes Blatt Singzikade, Tintenfisch Somatolyse Schwärmer, Seepferd falsches Signal zur Körperposition Pinzettfisch, Zipfelfalter Thecla 239

25 falsches Signal aussenden zum Beutefang
aggressive Mimikry, Peckham‘sche Mimikry Geierschildkröte Fangheuschrecke Leuchtkäfer 239

26

27 akustische Information: Vogelgesang
Ultraschall: Wale, Fledermäuse, einige Vögel Magnetfeld: Zugvögel, Honigbienen elektrisches Feld: Haie, elektrische Fische Infrarot: Zecken, Schlangen, Prachtkäfer 240

28 Chemisch übertragene Information Innerartlich: Pheromone
Zwischenartlich: Allomone (Vorteil Sender) Kairomone (Vorteil Empfänger) Synomone (Vorteil Sender und Empfänger) 241

29 Innerartliche Information: Pheromone
Primer-Pheromone: langlebig, Kasten sozialer Insekten, Entwicklungshemmstoff Arbeiterin Sexuallockstoffe (*) Territorialmarkierung: Parasitoide, Kirschfruchtfliege Alarmsubstanzen Aggregationssubstanzen (Borkenkäfer) * * 241

30 Zum Vorteil des Senders: Allomone Verteidigungssubstanzen
Wehrsekrete, Toxine, Pflanzeninhaltstoffe, Antibiotika Locksubstanzen Ameiseninquilinen Orchidee Ophrys sphecodes Spinnenragwurz Wildbiene Andrena nigroaenea 241

31 Zum Nachteil des Senders: Kairomone (unvermeidbare Abgabe)
Chemische Signale (Pheromone, Allomone) werden verwendet, um Sender zu finden Spezialisierte Herbivore finden Pflanzen im Duftgradienten ihrer Verteidigungsstoffe Beutetiere nutzen Signalstoffe eines Räubers, um ihn zu meiden 243

32 Vorteil für Sender und Empfänger: Synomone
komplexe, tritrophische Interaktionen 243