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Ökologie ist die Lehre von der Umwelt und von ihren Faktoren.
Umweltfaktoren
abiotische Faktoren biotische Faktoren
Temperatur alle Lebewesen
Licht
Wasser
Gestein
Luft
(Boden)
Die Temperatur (=Wärme)
Wärme ist die unedelste Form der Energie, und Energie entsteht, wenn sich Teilchen bewegen. Je mehr Bewegung vorhanden ist, desto mehr Energie und Wärme wird erzeugt.
Bei dem rein theoretischen Punkt von 0°K (= -273,15°C) gäbe es keine Bewegung mehr, die Teilchen würden stillstehen. Der sogenannte Supraleiter kommt ganz nahe an die 0°K heran, dadurch entwickelt sich kaum Widerstand im Metall und es kommt zu einem Endloskreislauf.
Einstein stellte eine wichtige Formel auf: E = mc²
Das bedeutet, daß die Energie gleich die Masse mal der Lichteschwindigkeit zum Quadrat ist (= Raum x Zeit)
Begriffe und Daten
Temperaturmaximum eines LW: Die höchste Temperatur, bei der dieses LW noch existieren kann.
Temperaturminimum: Die niedrigste Temperatur bei der ein best. LW noch existieren kann.
Temeraturtoleranz: Die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum.
Temperaturoptimum: Die Temperatur, die eine optimale Bedingung für das Leben eines LW darstellt (bei nackten Menschen ca. 25°C)
eurytherm: nennt man LW mit großer Temperaturtoleranz (zB Karpfen)
stenotherm: nennt man LW mit geringer Temperaturtoleranz (zB Bachforelle)
wechselwarme LW: sie haben die Temperatur ihrer Umgebung (zB Fische, Einzeller, Insekten, Pflanzen)
gleichwarme LW: können ihre Körpertemperatur selbst steuern (zB Säugetiere = Mammalia, Vögel = Äves)
Unsere Erdoberfläche weist Temperaturen zwischen +80°C und -70°C auf, die Durchschnittstemperatur beträgt ca. 15,3°C.
RGT - Regel oder Van't Hoff'sche Regel
= Reaktions - Geschwindigkeit - Temperaturregel
alle chemischen Reaktionen hängen von der Temperatur ab
alle (bio)chemischen Reaktionen werden durch eine höhere Temperatur beschleunigt (in bestimmten Grenzen)
Die Beschleunigung beträgt bei einer Erhöhung von +10°C ca. das 2-4fache, die Grenzen liegen bei 40°C - 60°C (das hängt von den Hormonen und Enzymen ab).
Beim Menschen die Grenze bei 40°C/41°C; bei Fieber kann das Immunsystem besser arbeiten
Bergmann'sche Regel
Diese Regel gilt nur bei gleichwarmen Lebewesen und besagt, daß gleichartige LW in kälteren Regionen größer werden, denn eine größere Oberfläche kann mehr Wärme aufnehmen und diese besser speichern.
Das Licht
Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen mit verschiedenen Wellenlängen
unter (= Lander) 400 nm 400nm 500 - 550 nm 780nm
UV; = unsichtbar, schädlich blau grün rot
Röngtenstrahlen
nm = 10-9 m Je größer die Wellenlängen sind, desto weniger Schaden entsteht.
Werden alle Wellenlängen von einem Gegenstand absorbiert, dann erscheint dieser SCHWARZ, werden alle Wellenlängen reflektiert, dann erscheint der Gegenstand WEIß.
Für den LASER wird nur eine bestimmte Wellenlänge herausgefiltert.
Photosynthese (=Assimilation = Aufbau)
Licht ist ein wichtiger Faktor für die Photosynthese, denn es wirkt auf die Pflanze ein.
Pilze betreiben keine Fotosynthese, Flechten schon, und Algen sind die größten Sauerstoffproduzenten der Erde.
Die Formel für die Assimilation lautet wie folgt:
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2
(Bei der Aufnahme und Verarbeitung von 6 Molekülen Kohlendioxid und 6 Wassermolekülen entstehen unter Lichteinfluß ein Molekül Glukose (= Traubenzucker) und, sozusagen als Abfall, 6 Moleküle Sauerstoff.)
Bei diesem Vorgang sind 3 verschiedene Pflanzenzellen beteiligt:
1) Chloroplasten: (=Organellen) Sie nehmen Licht und die Stoffe auf und stellen Trauenzucker und O2 her.
2) Chromoplasten: Sie wandeln den Traubenzucker in pflanzliche Stärke (= Amylose) um.
3) Amyloplasten: Sie speichern die Amylose.
WARUM SIND DIE BLÄTTER GRÜN?
Die Chloroplasten absorbieren das blaue und rote Licht und reflektieren nur noch die grüne Wellenlänge. Im Herbst sterben die Chloroplasten ab, die Chromoplasten bleiben über, und sie reflektieren das rote, braune und gelbe Licht.
Atmung (= Dissimilation; = Zellatmung, innere Atmung)
Der Mensch verbraucht den hergestellten Sauerstoff bei der Atmung:
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O
Außerdem wandelt der Mensch die pflanzliche Stärke in tierische Stärke oder Fett um, bzw. rückverwandelt sie in Kohlehydrathe und Glykose.
Das Wasser
Da der Sauerstoff mehr Kraft hat, halten sich die Wasserstoffatome mehr beim Sauerstoff auf (= elektronegativ). Der Sauerstoff ist negativ geladen und die Wasserstoffatome positiv. Dadurch ist das Wassermolekül ein polares Molekül, das heißt, es ist an den gegenüberliegenden Enden entgegengesetzt geladen.
Darurch entsteht eine elektrostatische Anziehungskraft: Der Wasserstoff eines Moleküls wird vom Sauerstoff des Nachbarmoleküls angezogen. So halten Wasserstoffbrücken die Moleküle zusammen, wobei jedes Molekül Wasserstoffbrücken zu maximal 4 Nachbarn ausbilden kann.
Die außergewöhnlichen Merkmale des Wassers ergeben sich dadurch, daß Wasserstoffbrücken die einzelnen Moleküle zu höheren Strukturen verbinden.
Somit funktioniert dieses Molekül wie ein kleiner Magnet (= Dipol) und durch den starken Zusammenhalt der Wasserstoffbrücken wird dieser Stoff schnell flüssig und fest.
Die Dipole bewirken die Anomalie (= Paradoxon), daß die größte Dichte () bei 1 bar bei 4°C eintritt. Eis ist sogar leichter als Wasser!
Begriffe und Zahlen
hygrophil: LW die das Wasser lieben
hygrophob: LW die das Wasser hassen
xerophil: LW die die Trockenheit lieben
xerophob: LW die die Trockenheit hassen
Der Mensch besteht zu ca. 70 % aus Wasser, eine Qualle sogar zu ca. 99 %.
Nur 2 % - 3 % des Weltweiten Wasservorkommen ist Trink- und Gießwasser, der Rest ist Salzwasser.
Der Wasserverbrauch in Österreich liegt bei 145 Liter pro Tag pro Person (300 Liter pro Hotelgast), in den USA liegt er bei durchschnittlich 385 Liter.
Das erstaunliche Beispiel der Känguruhratte:
100g Körner + 10 g H2O
Transpiration - 45 g H2O
Urin - 14 g H2O
Kot - 3 g H2O
Wasserbilanz - 52 g H2O
Diese Tiere überleben, weil sie Kohlehydrathe in Traubenzucker umwandeln und dadurch Oxidationswasser erhalten, daß ihr Überleben sichert. (C6H12O6 = 6CO2 + 6H2O)
Die Luft und die Atmosphäre
Unsere Atmosphäre reicht in eine Höhe von bis zu 200 km über der Erde. Gehalten wird sie durch die Erdanziehungskraft, deshalb ist sie auch um so dichter, je näher sie der Erde ist (= Luftdruck)
Der Luftdruck beträgt in Meereshöhe ca. 1013 hektoPascal (hPa), das entspricht ungefäht einem bar. In einer Höhe von ca. 5.600 Metern beträgt der Luftdruck nur noch ca. 500 hPa, außerdem schwankt er je nach Wetterlage.
Reine, trockene Luft besteht aus folgenden Teilen:
78 % N2 Stickstoff
21 % O2 Sauerstoff
1 % Edelgase (Argon)
0,038 % CO2 Kohlendioxid
Der Stickstoff wird von einigen Pflanzen mit Hilfe von Knöllchenbakterien aufgenommen, der Sauerstoff wird für die Atmung benötigt und das Kohlendioxid ist für die Photosynthese notwendig.
Aufgaben der Atmosphäre
Schutz vor Meteoriten
Thermohülle; Diese Funktion hängt vom Wasser-, Kohlendioxid- und Methangehalt (= CH4) der Atmosphäre ab. CO2 und CH4 sind verantwortlich für den künstlichen (= antropogen) Treibhauseffekt.
Schutz vor elektromagnetischer Strahlung; es werden die kurzwelligen UV-Strahlen und die kosmischen Strahlen absorbiert.
Die Ozonschicht
Der Teil der Stratosphäre zwischen etwa 20 und 50 km Höhe, in dem unter der Einwirkung ultravioletter Sonnenstrahlung ständig molekularer Sauerstoff (O2) in Ozon (O3) umgewandelt wird. Der Ozonschicht kommt für die Lebensvorgänge auf der Erde große Bedeutung zu, da sie den größten Teil der lebensfeindlichen »harten« UV-Strahlung fernhält. Auch für den Energiehaushalt der höheren Atmosphäre ist die Ozonschicht wichtig. Die Ozonschicht wird nach der Überzeugung vieler Wissenschaftler durch die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) angegriffen und zerstört.
Durch die Verwendung von FCKWs (florierte chlorierte Kohlenwasserstoffe) wird O3 wieder in O2 zurückverwandelt und somit die Ozonschicht zerstört.
Im Sommer ist die Gefahr, daß Sonnenstrahlen (UV) auf Stickoxide treffen und bodennahes Ozon entsteht, das hochgiftig ist.
Der Boden
Der Boden wird auch als Pedoshäre bezeichnet (Litosphäre = Gestein)und stellt eine Übergangsform zwischen den biotischen und den abiotischen Faktoren dar.
Er ist in 3 Horizonte aufgebaut:
A - Horizont: Humus; abgestorbenes organisches Material
B - Horizont: verwittertes, mineralreiches, humusloses Gestein
C - Horizont: unverwittertes Gestein
Der A-Horizont bildet sich erst, wenn sich Pionierpflanzen wie Flechten, Moose und danach such höhere Pflanzen und Bäume ansiedeln.
Ideale Bedingungen für eine Ansiedelung wären: große Temperaturunterschiede, da Frost das Gestein zerkleinert, passende Feuchtigkeit und Sonne.
Je tiefer der A und B - Horizont reicht, desto besser ist der Boden. In Österreich reichen die beiden 1,5 - 2 Meter tief und haben einen fließenden Übergang.
In Irland gibt es zuwenig Sonne und dadurch zuwenig Photosynthese, das ist der Grund warum dort nur Sträucher wachsen und keine Bäume.
Bei Bergwegen findet man immer nur wenig Humus und fast keinen B - Horizont.
In den Tropen wachsen die Pflanzen zu schnell keine ordentliche Bodenbildung.
Aufgaben des Bodens
Wasserspeicher (je mehr A + B desto besser, C kann nicht mehr speichern)
Nährstoffspeicher zB Kalium und Humus (A + B)
Lebensraum für Organismen 1 Liter Waldboden beherbergt bis zu 1 Milliarde Lebewesen (Pilze, Bakterien, Einzeller, Würmer, . . .)
Basis für Nutzpflanzen für den Ackerbau
Land- Bodenversiegelung
Momentan besteht die Fläche Österreichs aus
50 % Wald
20 % versiegelt, vor allem Verkehrsflächen in 50 Jahren verdoppelt
20 % landwirtschaftlich genutzte Grünflächen
10 % andere Flächen
Biotische Faktoren (= Organismen)
Konkurrenz - Ausschlußprinzip: stehen 2 Populationen in vielen Faktoren miteinander in Konkurrenz, so ist auf Dauer kein Zusammenleben der Arten möglich "Survival of the fittest" nach Darwin.
Diversifikation: = ökologische Nische
Die unterlegene Art muß sich eine ökologische Nische suchen um zu überleben (zB Art, Zeit, tag- nachtaktiv, . . .) Als ökologische Nische können alle Faktoren genutzt werden.
Zusammenleben unterschiedlicher Arten:
Parasitismus: eine Art lebt voll auf Kosten der Anderen "Schnorrer", die zweite Art hat nichts davon (zB Mistel, Bandwurm, Kopflaus, Baumschwämme)
- hemiparasitische Parasiten: "Halb - Parasiten" leben zum Teil auf Kosten des Wirts, zum Teil selbständig.
- temporäre Parasiten: verschwinden nach einiger Zeit wieder
- holoparasitische Parasiten: bleiben für immer
- Ektoparasiten: leben außen auf anderen Lebewesen
- Endoparasiten: leben innerhalb anderer Lebewesen
Symbiose: beide Partner ziehen Nutzen aus dem Zusammenleben (zB Puterfische, Waldpilze, Flechten) Flechten sind eine Mischung aus Algen (Fotosynthese) und Pilzen (Fortpflanzung).
Populationsökologie
Population = alle Organismen einer Art in einem bestimmten, abgegrenzten Lebensraum (= Biotop)
Sind genügend Stoffe vorhanden, dann pflanzen sich die Lebewesen fort Populationswachstum. Das erfolgt am Anfang eher langsam (Anfangsphase), dann kommt es zur Bevölkerungsexplosion - exponentiell steigend (250.000 Menschen/Tag mehr), hier schließt sich die stationäre Phase = der Stillstand an sobald die Kapazitätsgrenze erreicht ist.
Zahlen dazu:
Geburtenrate: b = Anzahl der Nachkommen (zB 15) b = 1,5
Anzahl der Mäuse (10)
Sterberate: d = gestorbene Mäuse (7) d = 0,7
vorher vorhandene Mäuse (10)
Wachstumsrate: r = b (1,5) - d (0,7) r = 0,8
Bestand in x Jahren (Nx): N0 + (1 + r)x 10 + (1 + 0,8)7 = 612,22
Populationsdichte: Anzahl
Fläche od. Volumen
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