Ökologie Teil II: Autökologie Vorlesung 5 Licht, Wasser, Osmoregulation Mark-Oliver Rödel

Licht Energie für Photosynthese Zeitgeber Orientierung Visuelle Kommunikation

Jahreszeiten Richtung der Solarstrahlung im Verlauf der Jahreszeiten mit maximaler Variationsbreite des Einfallwinkels von +/- 23,5° (Winkel der Rotationsachse der Erde zur Umlaufbahn) unterschiedlich starke Erwärmung Jahreszeiten

Tageslängen im Jahresverlauf Tageslänge (Stunden) z.B. Kuba z.B. Norditalien Monat

Aktivität von Schaben unter Tag/Nachtwechsel und unter Dauerdunkel Aktivität von Fliegen unter Tag/Nachtwechsel (Tage 1-7) und unter Dauerdunkel ab Tag 8.

Schlupf von Zuckmücken unter Tag/Nachtwechsel und unter Dauerlicht

Ein Zyklus Ebbe / Flut: 12:25 Stunden Gezeitenzyklus MHWS, MNWS: mittleres Hoch- bzw. Niedrigwasser bei Springtiden MHWN, MNWN: mittleres Hoch bzw. Niedrigwasser bei Nipptiden Ein Zyklus Ebbe / Flut: 12:25 Stunden

Felswattmücke Clunio Clunio entwickelt sich (meist) im Meerwasser (z.B. C. marinus 2,5-3 mm; Larve maximal 5,7 mm) Wohnröhren der Larven auf Fels- oder Sandboden der unteren Gezeitenzone ♂ geflügelt, ♀ ungeflügelt ♂ mit großen Genitalzangen, mit denen es das ♀ bei der Begattung packt Fortpflanzung nur während einer Zeitspanne von etwa 2 h gesichert (Ebbe) bei Clunio aquilonius (Japan) sucht das ♂ auf der Wasseroberfläche gleitend eine ♀-Puppe auf, die sich nur mit Hilfe des ♂ zur Imago häuten kann das ♂ berührt die ♀-Puppe mit den Vorderfüßen, die Puppenhaut platzt vorn-oben und wird nun in wenigen sec vom ♂ mit den Hinterfüßen und Genitalzangen nach hinten gestreift sofort anschließend Begattung und Eiablage das ♀ stirbt auf dem Gelege

Bei arktischen Populationen wirkt die Temperaturerhöhung als Schlupfreiz Tidenhub Freiland gezeitenperiodische Schlüpf- und Fortpflanzungszeiten bei arktischen Populationen von Clunio marinus im Freiland (Tromsö, Norwegen) und im Versuch mit 1-3 Temperaturerhöhungen als Zeitgeberreiz

Saisondimorphismus bei Landkärtchenfalter, Araschnia levana durch Tageslänge ausgelöst Kurztag orange Frühjahrsform Langtag dunkle Sommerform Freiland 18/6 Langtag (20°C) 8/15 Kurztag (20°C)

Arthropoden (Komplexaugen) können polarisiertes Licht wahrnehmen Polarisationsmuster Cataglyphis Arthropoden (Komplexaugen) können polarisiertes Licht wahrnehmen z.B. Bienen und Wüstenameisen nützen polarisiertes Licht zur Orientierung

Polarisationsmuster des Himmels

Orientierung nach der Sonne bei Molchen Sonnenuntergang (klar) Sonnenuntergang (klar) Sonnenuntergang (bewölkt) Mittag (klar) einzelner Molch vorhergesagte Laufrichtung mittlere beobachtete Laufrichtung

Wasser zelluläre Prozesse an wässriges Medium gebunden   Konzentrationen von Metaboliten und Enzymen wichtig für Geschwindigkeit von biochemischen Reaktionen und für Zellstrukturen osmotische Effekte zwischen verschieden konzentrierten Lösungen

Feuchteabhängigkeit der Entwicklung bei Wanderheuschrecken Locusta migratoria Dauer der geschlechtlichen Entwicklung von Locusta migratoria (1) und Schistocerca gregaria (2) in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte, ausgedrückt als die Zahl der Tage zwischen der Imaginalhäutung und der ersten Eiablage. Entwicklungsdauer rel. Luftfeuchte (%)

Feuchteabhängigkeit des Reproduktionserfolges bei Wanderheuschrecken Eikapseln rel. Luftfeuchte (%) Zahl der je Weibchen abgelegten Eikapseln bei Locusta migratoria (1) und Schistocerca gregaria (2) in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte.

Beziehung zwischen Temperatur und Feuchte höchst möglicher Wasserdampfgehalt (g/m³) 30,3 17,3 9,4 4,8 2,2 1,1 0,5 g/m³ +30 +20 +10 0 -10 -20 -30 °C Die Feuchtigkeit von mit Wasserdampf gesättigter Luft bei unterschiedlichen Temperaturen: Wassergesättigte Luft von 10°C ist nur noch zu 25% gesättigt wenn sie auf 35°C erwärmt wird.

Feuchteabhängigkeit bei Wanderheuschrecken Überleben (%) rel. Luftfeuchte (%) Temperatur (°C) Reaktionsoberfläche der Interaktionen von Feuchtigkeit und Temperatur auf die Mortalität/das Überleben von Schistocerca gregaria Nymphen.

Wasserabgabe: Urin Evaporation über die Oberfläche Kot Urin Evaporation über die Oberfläche Evaporation bei der Atmung Kühlungsevaporation Salzdrüsen Trophallaxis Abgabe von Markierpheromon Säugen manche Tiere (z. B. Esel) können 40% des Wassers verlieren, Menschen sterben bei einem Verslust von mehr als 15%

Schutz vor Wasserverlust (hängt häufig mit Verdunstungskühlung zusammen, also auch Vermeidung von Aufheizung)

Tiere aus warmen / trockenen Habitaten verlieren relativ weniger Wasser über Haut im Vergleich zur Atmung (Beispiel verschiedene Reptilien) g verdunstetes Wasser (Haut und Atmung) / 100 g Körpergewicht und Tag Anteil der Verdunstung über Haut und Atmung

wasserundurchlässige Außenhaut, z. B wasserundurchlässige Außenhaut, z.B. Wachsschicht auf der Kutikula von Insekten (langkettige Kohlenwasserstoffe) 

verdunstetes H2O in mg pro 1 cm² Oberfläche (bei 0,13 kPa) Wasserverlust über die Haut ist an den jeweiligen Lebensraum angepasst Art verdunstetes H2O in mg pro 1 cm² Oberfläche (bei 0,13 kPa) Sumpffliege (Bibio) 900 Schabe (Periplaneta) 49 Wanderheuschrecke (Schistocerca) 22 Tse-Tse Fliege (Glossina) 13 Mehlwurm (Tenebrio) 6 Mehlmilbe (Acarus) 2 Zecke (Dermacentor) 0,8 Bibio Glossina Dermacentor

Temperaturabhängigkeit des Wasserverlustes bei Schaben Wasserverlust (mg h-1) Temperatur (°C) Verdunstung nimmt generell mit höherer Temperatur zu (Dreiecke); ab einer bestimmten Grenztemperatur schmelzen die Wachse der Kutikula (Kreise) = Verdunstung steigt schlagartig an

Verminderung der Wasserabgabe bei der Atmung REM-Aufnahme eines von 16 Stigmata von Scarabaeus flavicornis. Ist durch eine Klappe verschließbar.

Verminderung der Wasserabgabe bei der Atmung CO2-Abgabe eines Schwarzkäfers (Pimelia) ohne Wasserstress CO2 Abgabe (ml h-1) Zeit (min) CO2-Abgabe unter Wasserstress CO2 Abgabe (ml h-1) Zeit (min)

Wasserabgabe wird durch diskontinuierliche Atmung verringert CO2 (cm³ g-1 h-1) H2O (mg g-1 h-1) hier bei einer Ameise, Pogonomyrmex Zeit (min) diskontinuierliche Abgabe von Kohlendioxid und Wasser bei Insekten durch Öffnen und Schließen von Stigmata

Exkretion und Wasserabgabe Wassereinsparung durch Konzentrierung des Urins und Modus der N-Ausscheidung Ammoniak (ist primäres Endprodukt = keine extra Energie notwendig, braucht aber sehr viel Wasser zum Ausscheiden) Harnstoff (braucht wenig Energie bei der Herstellung, braucht aber viel Wasser zum Ausscheiden) Salze der Harnsäure als Paste oder trockene Substanz ausscheidbar (energieaufwendig, aber sehr wenig wasserlöslich) NH3

aquatisch / terrestrisch Exkretion und Lebensraum aquatisch / terrestrisch terrestrisch Harnstoff ureotelisch Harnsäure uricotelisch Exkret-stoffe aquatisch Ammoniak ammoniotelisch

Amphibien in Trockengebieten Kreideriedfrosch Hyperolius nitidulus in Savannengebieten Westafrikas Trockenzeit extreme Temperaturen (45°C im Schatten) kein offenes Wasser Jungtiere (0,2-0,6 g) ästivieren (übersommern) an einem Grashalm (bis zu 100 Tage) der direkten Sonne ausgeliefert sind voll reaktionsfähig

Amphibien in Trockengebieten Kreideriedfrosch Hyperolius nitidulus

Anpassungen des Kreideriedfrosches gegen Wasserverlust können bis zu 50% des Körperwassers verlieren Haut an den exponierten Stellen praktisch wasserundurchlässig (Mechanismen nicht ganz klar, evtl. Lipidschichten, Mucus u.ä.) andere Stellen wasserdurchlässig normal hermetisch verschlossen bei Taubildung Wasseraufnahme Häutungen alle 1-3 Tage (Wasserverlust) bei Temperaturen über 37°C werden sie weiß Iridophoren (Zellen, die Guaninkristalle enthalten) reflektiert ca. 80% der Strahlung im sichtbaren Bereich und im nahen IR erst ab 45°C benutzen sie Verdunstungskühlung Stickstoffendprodukte in Form von Guanin in der Haut gelagert

Auch andere Froscharten mit gutem Verdunstungsschutz Gewicht (g) Chiromantis xerampelina Phylomedusa sauvagii Überzieht sich mit Wachsschicht Cyclorana platycephala speichert Wasser und bildet Kokon aus Zeit (h) Frösche (und Chamäleon) bei 25°C und 20-30% relativer Luftfeuchte gehalten