Zoologie: Ökologie

Einführung (9 h)

Wolfgang Nentwig

Allgemeine Organisation

• Teil einer siebenteiligen Ringvorlesung– obligatorisch für HF Biologen– integriert in Curriculum Veterinärmedizin – Besuch für andere möglich (NF, PH S1...)

• Prüfung im Rahmen der Gesamtprüfung

Spektrum Verlag(Heidelberg)200725 € / 38 - 41 CHF

Seitenangaben

217

…diese Vorlesung• wird im 2. Jahr erweitert (20 h)• gleiches Buch• Unterbrechen / Zwischenfragen erlaubt• als PPT auf www.zoology.unibe.ch

→

Was ist Ökologie?

Ernst Haeckel 1866: - Beziehung der Organismen - zur umgebenden Aussenwelt - teils organischer, teils anorganischer Natur

heute - Interaktionen zwischen Organismen (Individuen, Populationen, Lebensgemeinschaften)

- abiotische und biotische Umwelt - Energie-, Stoff- und Informationsfluss → Naturwissenschaft

→ primär nicht auf Mensch bezogen

Gliederung

Einführung

1 Organismen (Autökologie)

2 Populationen (Populationsökologie)

3 Wechselwirkungen zwischen Arten (Synökologie)

4 Lebensgemeinschaft (Synökologie)

Mit jeder höheren Ebene sind neue Eigenschaften

möglich: emergente Eigenschaften

2

2

1. Organismen

Charakteristika: - Struktur aus Zellen - Bewegung, Stoffwechsel - Wachstum, Entwicklung, Tod - Vermehrung

- Rekombination

Individuen sind in Populationen organisiertPopulationen bilden Arten

Art: - eine Gruppe sich miteinander kreuzender natürlicher Populationen - reproduktiv von anderen Gruppen isoliert

3

Individuen sind verschieden

- Phänotyp: individuelles Erscheinungsbild- Genotyp: Σ Phänotypen- Ökotyp: lokale, genetisch fixierte Anpassungen an Standortbedingungen

4

Arten umfassen ein bestimmtes Areal- verändern sich durch Selektion und Anpassung- Entwicklung neuer Arten- Artaufspaltung- adaptive Radiation

6

42

adaptive Radiation

verfügbare Ressourcen

Spezialisierung

neue Arten

8/38

Konzept der ökologischen Nische

- Einnischung = Spezialisierung- Prozess in der Zeit (Evolution)- je mehr Zeit und Parameter- desto mehr Arten

39

ökologische Nische = multidimensionaler Raum- Planstelle (kann unbesetzt sein)- Stellenäquivalenz- Nischenbreite (Generalist – Spezialist)- Nischenüberlappung - Konkurrenzvermeidung

41

Merkmalsverschiebungcharacter displacementals Hinweis auf Nischenaufteilung

fundamentale Nische ≠ realisierte Nische

Seite 68

Beschreibung einer Nische

Hochseegrosses Wirbeltierschnell, räuberischFischfresser

?

43

Anpassung anPlanstelle führt zu Ähnlichkeit(Hydrodynamik)

Konvergenz

Hausaufgabe:Gebirge, Aufwinde, segeln

Aasfresser

alte Welt – neue Welt?2 Gruppen – wie verwandt?

Hausaufgabe: GebirgeAufwinde, segelnAasfresser alte Welt – neue Welt?2 Gruppen – wie verwandt?

Ordnung Ciconiiformes StorchenartigeFamilie Ardeidae Reiher Familie Ciconiidae Störche Familie Cathartidae Neuweltgeier Ordnung Falconiformes Falkenartige / GreifvögelFamilie Accipitridae Habichte  Unterfamilie: Accipitrinae (Habichte) Unterfamilie: Buteoninae (Bussardartige) Unterfamilie: Circinae (Weihen) Unterfamilie: Milvinae (Milane) Unterfamilie: Aegypiinae (Altweltgeier)

7

1.2 Umwelt der Organismen

Organismen sind offene SystemeEnergie-, Stoff-, Informationsaustausch mit UmweltstandortspezifischSumme von UmweltfaktorenAbweichung vom Optimum = Stress

8

Standortansprüche: euryök stenökAnpassung gering hochInvestition gering hoch Reproduktion gross gering Generalist Spezialist

Temperatur: eurytherm stenotherm

Nährstoffbedarf: eutroph oligotroph

8

Ökologisch wirkenden Faktoren

• Einstrahlung und Photosynthese• Temperatur• Feuer• Wasser• biogene Elemente• Boden• usw.

9

10 % UV, 45 % PhAR45 % IR

EinstrahlungAbstrahlungAbsorption

PhotosyntheseOrientierung im RaumFarbsehen

12

Temperatur: Wachstum Regulation Mikroklima

Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel RGT-Regel Van‘t Hoff‘sche Regel Q10 2-3

TemperatursummeTemperaturgrenzen

11 d

4 d

x 2.75

12

Q10 nicht extrapolierbar20 bis 30°C: 2.7526 bis 36°C: 1.930 bis 40°C: 1.4 (aber 40° ist letal)

d.h. Effekte sind situationsabhängig umweltabhängig nicht-linear

48

Exkurs: Nichtlineare Prozesse meist exponentiellklassisches Beispiel:Bevölkerungswachstum (partiell überexponentiell)

Papierfalten (0.1 mm dick, 50 x )

1. Faltung 0.2 mm10. Faltung 102.4 mm20. Faltung 105 m

30. Faltung 107 km40. Faltung 110‘000 km50. Faltung 103 Mio km

13

Regulationsbereich Regulationsfähigkeit

endothermexotherm

13

kleine Organismen: innen Umgebungstemperatur poikilothermd.h. Umgebung bestimmt Wachstum

Drosophila Labor 25°C 15 d (eine Generation)Insekt Gebirgsbach 5°C 1 Jahr Insekt Subantarktis 0°C 2 – 4 Jahre

13

Wie können poikilotherme Arten ihreKörpertemperatur erhöhen? optimal 28-30°

- warme Stellen aufsuchen (Mikroklima)- grossflächig exponieren (Schmetterlinge Flügel)- endogenes Wärmezittern (Hummeln)

15

Mikroklima

14

Homoiothermes Problem

Rete mirabile

14

Wassertemperatur 10°C

Körpertemperatur 20°C

Q10 für Muskeln = 3

Δ 10°C = 3x so schnell