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Zusammenfassung OBOE I WS05 Küppers Botanik (nach Stichwortliste) Was sind die wichtigsten Unterschiede zw. Prokaryonten und Eukaryonten?

prokaryotische Zelle eukaryotische Zelle

• sind die Zellen von Bakterien (Bacteria und Archaea)

• besitzen keinen Zellkern, die DNA liegt als in sich geschlossenes Molekül (als Bakterienchromosom oder Plasmid) frei im Cytoplasma vor (nackt)

• besitzen keine membranumgebenen Zellorganellen

• besitzen kein Cytoskelett • es gibt nur eingeschränkt die Fähigkeit zur

Differenzierung (siehe Sporulation, Myxobakterien)

• Zellgröße: ~1μ • Ribosomen 70S • Geißeln 2-11 Fibrillen • Sexualität DNS-Übertragung • besitzen keine Kernmembran, ER,

Mikrotubuli, Mitochondrien und Dyctiosomen

• Membran: Eubakterien (unverzweigtes Ester), Archeabakterien (verzeigtes Ether)

• sind tierische und pflanzliche Zellen sowie Pilze und Protisten, also sowohl Einzeller als auch Mehrzeller

• besitzen einen Zellkern, der die DNA (Chromosomen) enthält

• besitzen neben dem Zellkern weitere

Zellorganellen wie Mitochondrien, Plastiden (nur Pflanzen), ER, Golgi-Apparat und Vesikel, Peroxisomen, Lysosomen (nur Tiere), Vakuolen (nur Pflanzen)

• besitzen ein Cytoskelett • Zellen von Mehrzellern haben die

Fähigkeit zur Differenzierung

• Zellgröße: ~10μ • Ribosomen 80S • 9+2 Struktur • Sexualität meist Zygotenbildung und

Meiose • besitzen Kernmembran, ER, Mikrotubuli,

Mitochondrien und Dyctiosomen • Membran: unverzweigtes Ester

Merkmale um die Organismen grob einzuordnen

Eukaryoten / Lebewesen außer Bakterien Merkmal

Prokaryoten / Bakterien Tiere Pilze Pflanzen

Cytoplasma + + + +

Zellmembran + + + +

Kern - + + +

Mitochondrien - + + +

Vakuole - - + +

Plastiden - - - +

Zellwand +/- (Murein u.a.) - + (Chitin) + (Cellulose)

Einführende Begriffe der Biogeografie Die Biogeographie bzw. -grafie ist sowohl eine geographische als auch eine biologische Forschungsrichtung. Sie befasst sich mit der heutigen Verbreitung, erdgeschichtlichen Entwicklung und den Umweltbeziehungen der Tier- und Pflanzenarten sowie mit der Verbreitung und den räumlichen Mustern von Lebensgemeinschaften, Ökosystemen und Biomen. Sie sieht die Lebewesen als

• Geofaktoren (Flora und Fauna) • Elemente der Landschaften • Bioindikatoren

zur Kennzeichnung der Erdräume und der dort existierenden Wirkungsgefüge.

Die Biogeografie kann in zwei Teildisziplinen eingeteilt werden:

• Die Phytogeographie (Pflanzengeographie) ist die Lehre von der räumlichen Verbreitung der Pflanzen und Pflanzengesellschaften.

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• Die Zoogeographie (Tiergeographie) ist die Wissenschaft von der räumlichen Verbreitung der Tiere. Analog zu den Florenreichen gibt es hier Faunenprovinzen.

Interaktion Klima - Boden Vegetation

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Klimazonen: Wie kommen sie zustande? (Hadley Zellen) (Die folgenden beiden Schaubilder sind ähnlich, aber unterscheiden sich in ihrer Sprache und in ihrer Ausführung, daher sind beide aufgeführt)

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Grobe Vereinfachung (http://de.wikipedia.org/wiki/Planetarische_Zirkulation)

Aus der Erwärmung der Luft über dem Äquator (a) resultieren durch Einwirkung der Corioliskraft (b) je drei schlauchförmige Luftzirkulationszellen pro Hemisphäre (c, d) (1)...Hadley-Zellen und Passatwinde

Wesentliche Energiequelle für die zu beschreibenden Bewegungen ist die Sonne, die den äquatornahen Regionen der Erde viel Energie zuführt, den polaren Regionen wenig (siehe Sonneneinstrahlung, Globalstrahlung). Das Temperaturgefälle zwischen Tropen und Polarregionen bedeutet daher grundsätzlich ein Luftdruckgefälle (siehe Luftdruck, Druckgradientkraft):

• Am Äquator steigt erwärmte Luft auf. • In Bodennähe strömt (kältere) Luft in Richtung Äquator nach (Bild a). • Wegen der Erddrehung (und der daraus resultierenden Corioliskraft) werden Bewegungen auf

der Nordhalbkugel in Bewegungsrichtung nach rechts abgelenkt, auf der Südhalbkugel in Bewegungsrichtung nach links, und eine äquatorwärts strömende Luftmasse wird dadurch auf der Nordhalbkugel zum Nordostwind, auf der Südhalbkugel zum Südostwind (Bild b).

• In der Höhe kommt es zu Ausgleichsströmungen: Luftmassen, die über dem Äquator aufgestiegen sind, strömen in der Höhe wieder polwärts. In der Höhe eingehende Luftmassen sinken am Pol ab (Bilder a, b)

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Allgemeine Klimadiagramme der verschiedenen Vegetationstypen

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Zonobiome der Erde (= Biome (àVegetationstypen) geographischer Breiten) Gliederung:

- Tundra - boreale Nadelwald = Taiga - sommergrüne Laubwälder - warmtemperierte Regen- und Lorbeerwälder - mediterrane Vegetation - Steppen - Halbwüsten und Wüsten - Savannen - tropische Regenwälder

1. Tundra Beispiele für ein typisches Klimadiagramm

Klimazone arktische Region, kaum antarktisch Klimamerkmale extreme Winterkälte bei geringen Niederschlägen à humid Vegetationsperioden sehr kurze Vegetationsperiode, aber zum Teil 24-Std.-Tage

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typische Bodeneigenschaften Permafrostböden (nur oberflächlich tauend) à keine tiefen Wurzeln, keine Bäume geringe Nährstoffverfügbarkeit wegen langsamer Mineralisierung Anreicherung organischer Substanz im Boden Beispiele für Pflanzen Flechten, Moose, Gräser, Seggen 2. borealer Nadelwald = Taiga Beispiele für ein typisches Klimadiagramm

Klimazone nur auf der Nordhalbkugel (entsprechende Landmasse auf Südhalbkugel fehlt) Klimamerkmale ausreichende Niederschläge (erlauben Baumwachstum) Vegetationsperioden lange, kühle Winter, aber längere Vegetationsperiode als Tundra typische Bodeneigenschaften mäßige bis schlechte Nährstoffmineralisation, daher mäßige Nährstoffverfügbarkeit für Pflanzen à Wurzelkonkurrenz Permafrost erst in tieferen Bodenschichten möglich Beispiele für Pflanzen Pinus-Arten, Picea, Larix (wechselgrün), Alnus incana (außer Japan) 3. Sommergrüne Laubwälder Beispiele für typisches Klimadiagramm Klimazone ganzjährig gemäßigt humid Klimamerkmale hohe gemäßigte Jahresmitteltemperatur Vegetationsperioden kurze frostfreie Periode (Permafrostböden) gemäßigte Winter typische Bodeneigenschaften gute Mineralisierung des Bodens Beispiele für Pflanzen Fagus, Taxus, Abies, Cornus 4. mediterrane Vegetation Beispiele für typisches Klimadiagramm Klimazone Mittelmeerraum Klimamerkmale Niederschläge ähnlich wie in der memoralen Zone, jedoch

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Vegetationsperioden sommerliche Trockenheit, ausgiebige Winterregen typische Bodeneigenschaften Mineralisierung im Boden oftmals an Niederschläge gekoppelt Beispiele für Pflanzen Pinus halepensis, Chamaerops humilis 5. Steppen Beispiele für typisches Klimadiagramm

Klimazone Humid-arid, gemäßigt Klimamerkmale Schneereiche Winter mit viel Frost, im Sommer negative Wasserbilanz bei Pflanzen Vegetationsperioden Große Temperaturunterschiede zwischen Sommer (recht warm) und Winter (kalt) typische Bodeneigenschaften nährstoffreiche Schwarzerdeböden Beispiele für Pflanzen Stipa-Arten, Adonis vernalis, Leon topodium 6. Halbwüsten und Wüsten Beispiele für typisches Klimadiagramm (Halbwüsten)

Klimazone Warm-arid mit unregelmäßigen Frösten/winterkalt Klimamerkmale Extrem aride Trockenzone (subtropisch), sehr wenig Niederschlag, Tau- und Nebelbildung bei Ausstrahlungsabkühlung Vegetationsperioden Sommer sehr arid, Winter leicht humid, negative Wasserbilanz typische Bodeneigenschaften Wasserstrom von unten nach oben, Salzkrustenbildung, hohe potentielle Evaporation Beispiele für Pflanzen Ephorbia, Tamarix, Coreus giganteus (warm-aride Zone) – Artemisia tridentate, Chenopodias (winterkalte Zone)

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7. Savannen Beispiele für typisches Klimadiagramm

Klimazone „Grasländer der Tropen“ Klimamerkmale Sommerregen, frostfrei, 200-500mm Jahresniederschlag Vegetationsperioden Winter, meist ohne Niederschläge typische Bodeneigenschaften frostfrei Beispiele für Pflanzen Acacia Karoo, Colophospermum mopane, Adansonia 8. Tropische Regenwälder Beispiele für typisches Klimadiagramm

Klimazone Immerfeuchtes Klima Klimamerkmale Tageszeitenklima, immer frostfrei Vegetationsperioden Tageszeitliche Schwankungen größer als jahreszeitbedingte Schwankungen! typische Bodeneigenschaften keine Anreicherungshorizonte, frei von Laterit (aber Latosole mit Hämatit), kein Auflagehumus, Lehme Beispiele für Pflanzen Schefflera, Piper, Mimosaccae, Gunnera,…

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Orobiome der Erde (= Biome (àVegetationstypen) verschiedener Höhenlagen) Gliederung: Kolline Stufe (je nach Zono-Biom unterschiedliche Vegetation) submontane Stufe (je nach Zono-Biom unterschiedliche Vegetation) montane Stufe (je nach Zono-Biom unterschiedliche Vegetation, z.B. Bergwälder) subalpine Stufe (Krummholz; Waldgrenze) alpine Stufe (Rasenflächen, Zwergstrauch-"Tundra", Paremo) subnivale Stufe (Polsterpflanzen, Puna) nivale Stufe (Eiswüste; auf Nunatacker: Flechten, Moose) Ökosystem Ein Ökosystem ist ein System, das die Gesamtheit der Lebewesen (Biozönosen) inklusive ihrer unbelebten Lebensräume (Biotope) umfasst. Der Begriff wurde 1935 von dem britischen Biologen und Geobotaniker Arthur George Tansley in die Ökologie eingeführt. Umgangssprachlich wird auch von dem Ökosystem gesprochen, womit die Gesamtheit aller Ökosysteme und ihren Wechselwirkungen der gesamten Erde gemeint ist. Bei Ökosystemen handelt es sich um offene, dynamische und komplexe Systeme:

- offen: Ökosysteme verändern sich durch äußere, neue Einflüsse, - dynamisch: Ökosysteme entwickeln sich ohne äußere Einflüsse, - komplex: in Ökosystemen wirken sämtliche Mechanismen und Strategien der Ökologie in

vielfältigen Beziehungen In einem Ökosystem laufen unterschiedliche Interaktionen zwischen den Lebewesen untereinander und den abiotischen Standortfaktoren im Geotop ab. Biotische und abiotische Bestandteile beeinflussen sich gegenseitig (Wechselwirkungen) und verändern sich durch Sukzession und Evolution. Funktionsprinzipien von Ökosystemen Die Lebewesen der Biozönose beeinflussen den Stoffkreislauf und die abiotischen Faktoren (Standortfaktor) durch

- Produzenten, die organische Stoffe aus abiotischen Stoffen und Energie (Sonnenlicht, chemische Energie) aufbauen, dies sind in erster Linie Pflanzen und Bakterien

- Konsumenten, die sich von den Produzenten oder anderen Konsumenten ernähren (insbesondere Tiere, einschließlich des Menschen) und dabei Kohlenstoffdioxid und Nährsalze abgeben

- Destruenten, die die (meist abgestorbenen) Produzenten und Konsumenten mineralisieren, also wieder in abiotische Stoffe zurückführen. Dies sind insbesondere Bakterien und Pilze.

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Energiefluss Mit dem Begriff des Energieflusses im ökologischen Sinne, wird die Weitergabe von Energie in einem System bezeichnet. Je nach Betrachtungsweise kann es sich dabei um sehr kleine Systeme handeln, es geht aber auch in den globalen Bereich. Zur Erstellung von Klimamodellen sind z. B. Energieflüsse in der Vegetation mit von entscheidender Rolle. Häufig steht die Betrachtung von Energieflüssen in direktem Zusammenhang zu Stoffkreisläufen.

- Das Leben auf der Erde ist von der Sonne abhängig (Strahlungsbilanz). - Durch Sonnenenergie und CO2 wird die so genannte Biomasse als Primärproduktion

aufgebaut. - Nach dem Entropiegesetz nimmt die Zunahme nicht verwertbarer Energieformen (Wärme)

stets zu. - Die Energieweitergabe ist eine "Einbahnstraße", die Weitergabe von Stoffen ein Kreislauf. - Bei jeder Energieweitergabe in Form von Nahrung gehen etwa 90% der Energie verloren. à Eine lange Nahrungskette bringt einen hohen Energieverlust mit sich. à Die pflanzliche Nahrung ist energiegünstiger als die tierische.

- Die Masse aller Organismen (Biomasse) wird als Lebend- oder Trockengewicht angegeben, der gesamte Energiegehalt in Joule (kcal).

- Die Pflanze benötigt einen Teil der Bruttoprimärproduktion selbst, der Rest steht den Konsumenten als Nettoprimärproduktion zur Verfügung.

- Die Zonen höchster Nettoprimärproduktion sind die gemäßigten Klimate. - Die gesamte Nettoprimärproduktion der Erde beträgt etwa 1,64 x 1011 t Trockengewicht

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Biodiversität Diversität ist die Eigenschaft voneinander verschieden zu sein und stellt eine wesentliche Eigenschaft jedes biologischen Systems dar. Biodiversität, auch biologische Vielfalt genannt, bezeichnet ganz allgemein die Vielfalt des Lebens und ist eine Funktion von Raum und Zeit. Alle Lebewesen, sofern sie nicht als Klone vorkommen, und die von ihnen aufgebauten Lebensräume sowie Funktionsgefüge auf allen Organisationsebenen besitzen diese Eigenschaften. Unter Funktionsgefüge kann unter anderem das Zusammenspiel von ökologischen Faktoren, Interaktionen zwischen Arten oder Reaktionen einer Art auf sich ändernde ökologische Bedingungen verstanden werden. Da das Leben in verschiedenen hierarchischen Ebenen organisiert ist, zeigt sich die Biodiversität auch auf allen diesen Ebenen. Diese sind miteinander verzahnt, sodass es zum Austausch von Stoffen (z. B. Nährstoffe) und Informationen (z. B. die Signalwirkung von Blütenfarben auf Insekten) kommen kann. Es werden folgende Ebenen der Biodiversität unterschieden:

- Die genetische Vielfalt (z. B. die unterschiedliche Erbinformation bei Individuen einer Art) - Die Artenvielfalt (z. B. die Mannigfaltigkeit der Arten in einem definierten Lebensraum) - Die Lebensraumvielfalt (z. B. die Anzahl und Verschiedenartigkeit von Lebensräumen)

Neben diesen drei "klassischen" Hierarchieebenen der biologischen Vielfalt (Gene, Arten, Ökosysteme) werden abhängig von der Betrachtungsweise zusätzlich die Ebene der Organismen (Individuen) und die Ebene der Population unterschieden:

- Vielfalt der Individuen (z. B. unterscheiden sich Pflanzen oder Tiere einer Art in Größe, Verhalten, Aussehen, aufgrund ihres Alters, ihrer individuellen Erfahrungen, Prägungen etc., bei Pflanzen insbesondere hinsichtlich ihres ganz speziellen Standortes)

- Vielfalt der Populationen (z. B. Unterschied von Rotwildpopulationen aufgrund ihres Verhaltens)

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Kohlenstoff- und Sauerstoffkreislauf (C bzw. O)

Stickstoffkreislauf (N)

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Schwefelkreislauf (S)

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Phosphatkreislauf (P)

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Wasserkreislauf (H2O)

Alle Angaben sind ohne Gewähr von Marcel Oschwald und Hannes Wetterauer