Ökologische Nische

Question 1

Ökologische Nische

Answer 1

Rolle einer Art innerhalb eines Ökosystems

Question 2

Umwelt aus der Sicht des Organismus besteht aus..

Answer 2

Lebensraum:
- physikalisch-chemische Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, pH)
Ressourcen:
- Verbrauchsgüter, die für die Existenz notwendig sind (Nahrung, Sauerstoff, Wasser, Nährstoffe)
Umweltfaktoren begrenzen den Lebensbereich von Arten
Interaktion zwischen Arten passiert über vorhandene Ressourcen:
- abiotisch
- biotisch

Question 3

Limitierende Faktoren

Answer 3

- bestimmen das Gedeihen von Organismen
Gesetze:
- Minimumgesetz
- Toleranzgesetz
- Wirkungsgesetz

Question 4

Liebig’s Gesetz des Minimums

Answer 4

„Die relative Wirkung eines Faktors ist um so größer, je mehr sich dieser den anderen Faktoren gegenüber im Minimum befindet.“
- Wachstum einer Pflanze durch die knappste Ressource begrenzt: Minimumfaktor
- Modell Minimumtonne
- Gesetz ist wichtiger Grundsatz zur Düngung
berücksichtigt nur die positiven Effekte

Nährstoff-Toleranzbereiche bei Pflanzen:

• Biomasse, bzw Wachstum nimmt nicht linear zur Zunahme von Nährstoffen wie Phosphat oder Nitrat zu
• irgendwann erfolgt ein Abfall (gibt Ausnahmen wie Gänsefuß, die Nitrat speichern kann)
• Optimumsbereich: Konzentration, bei der sich eine Nährstoffgabe positiv auswirkt und die zu starkem Biomassezuwachs führt
• Toleranzbereich: Konzentration des Nährstoffs, ohne dass dieser eine negative Wirkung hat; ermöglicht ein Überdauern des Organismus

Erweiterungen des Konzepts sind das Shelford’s Toleranzgesetz das Thienemann’s Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren.

Question 5

Shelford’s Toleranzgesetz (1913)

und Thienemann’s Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren

Answer 5

„Nicht nur ein Zuwenig, sondern auch ein Zuviel eines Faktors hat die gleiche, entscheidende (lebensbegrenzende) Wirkung.“

Abbildung VL4, 4
Pejus beschreibt den Bereich der Umweltbedingungen, der zwischen dem günstigsten und ungünstigsten Zustand liegt (Bereich zwischen Optimum und Pessimum)
Pessimum - Grenzwert der Reaktionsfähigkeit gegenüber der Umwelt

Thienemann’s Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren:
„Die Zusammensetzung einer Lebensgemeinschaft nach Art und Zahl wird durch denjenigen Umweltfaktor bestimmt, der sich am meisten dem Pessimum nähert.“

Question 6

Ökologische Potenz

• eurypotent, stenopotent
• homoio-, poikilo-

Answer 6

=Reaktionsbreite (Toleranz) einer Art gegenüber einem bestimmten Umweltfaktor
- eurypotent: gesamte Amplitude, Schwankungen toleriert
- stenopotent: deutlich abgegrenzte enge Bereiche
innerhalb gibt es weitere Klassifizierung:
- oligo- = niedrige Bereiche, die optimale Wachstumsbedingungen bieten
- poly- = hohe Bereiche, die bevorzugt werden
- meso- = mittlerer Bereich des Umweltfaktors

Abb. in VL4, 5

weitere Unterscheidung:
homoio- = gleichbleibende Bedingungen bevorzugt
poikilo- = angepasst an wechselnde Umweltfaktoren

Question 7

Physikalisch-chemische Umweltbedingungen - Temperatur

Answer 7

• Lebensbereich höherer Organismen ca. -10 bis +50°C
• metabolische Aktivität (Q10-Wert) ist temperaturabhängig
  Q10 = Vt+10/Vt ~ 2-4 V = Geschwindigkeit, t = Temperatur
• gilt nur für ektotherme (wechselwarme)
• Photosynthese geringere Temperaturabhängigkeit (Licht und Nährstoffe sind limitierende Faktoren) im Vergleich zum Stoffwechsel von Mikroorganismen

Question 8

Temperaturregulation - Poikilotherme
- Begriff Ektothermie
Adaption Beispiele

Answer 8

Körpertemperatur variiert je nach Außentemperatur
Wärme wird aus der Umgebung gewonnen = Ektothermie
Fische, Amphibien, Reptilien, alle Wirbellosen
Adaption (Anpassung) Beispiel Bänderschnecke
Gehäusefarbe variiert mit Temperatur, gelbe heizen sich weniger auf

Question 9

Temperaturregulation - Homoiotherme
- Begriff Endothermie
- Zusammenhang zwischen Körpermasse und Stoffwechselaktivität
Adaption Beispiele

Answer 9

• Körpertemperatur konstant
• endogene (durch Stoffwechsel) Wärmeproduktion = Endothermie
• Vögel, Säugetiere
• Zusammenhang zwischen Körpermasse und Stoffwechselrate
• kleine homoiotherme benötigen höhere Stoffwechselaktivität, heißt mehr Nahrung pro Körpermasse und Zeiteinheit

Adaption Beispiele:
- Kamel: kann Körperwärme speichern und variieren
- Fische, Frösche, Schildkröten besitzen natürliche Frostschutzsubstanzen, Gefrierpunktsenkung (Kryoprotektoren: Proteine, Zucker, Alkohole
das sind doch keine homoiothermen??
- arktischer Wolf: Gegenstromprinzip
- Spießbock: “Wundernetz, arterielles Blut passiert Kapillarnetz mit venösem abgekühltem Blut, Kühlung des Gehirns

Question 10

Physikalisch-chemische Umweltbedingungen - Salzgehalt

Answer 10

Isoosmotische Umwelt: marine Lebensräume für die meisten Wirbellosen
Hypoosmotische Umwelt: Süßwasser als Lebensraum für Organismen
- über Osmose wird ständig Wasser aufgenommen, anschließend über Darm abgegeben
- permanenter Verlust von Salz, müssen sie über die Kiemen aufnehmen
Hyperosmotische Umwelt: mariner Lebensraum für die meisten Wirbeltiere
- verlieren Wasser an Umgebung
- als Ausgleich nehmen sie Wasser auf, Salze werden ausgeschieden über die Kiemen
- Ausnahme Knorpelfische: sie haben ein isoosmotisches Milieu durch Harnstoff im Blut

Question 11

Diversität und Salzgehalt

Answer 11

• Diversität im Süßwasser generell geringer als im Meer
• Besiedlung des Landes ging vom Meer aus
• Brackwasser ist eine Übergangszone und somit dynamisches Habitat, hohe Schwankungen (wenig Arten)

Question 12

Physikalisch-chemische Umweltbedingungen - Säuregrad

Answer 12

steuert Löslichkeit anorganischer Komponenten im Boden
- Mineralstoffe (wichtig für Pflanzen)
- Schwermetalle (toxisch)
beeinflusst Stoffwechselleistungen der Organismen
- Funktion von Enzymen (pH-Optimum)
- Ladungsverhalten (Aminosäuren, Carbonsäuren)
Versauerung von Ökosystemen hat starke Auswirkungen auf terrestrische und aquatische Lebensgemeinschaften
eurypotent: pH 3-7, Algen, Rädertiere, Krebse, Insekten
stenopotent: kleiner pH-Bereich, Egel, Schnecken, Fische

Question 13

Abiotische Ressourcen - Raum

Answer 13

essentiell für alle sessilen Organismen
Besiedlung von Lebensräumen
- mobile Larvenstadien (biphasische Lebenszyklen)
- asexuelle Vermehrung (Stolone, Ausläufer)
- zT Aggregationsverhalten (verbessert Austausch Keimzellen)

Question 14

Abiotische Ressourcen - Licht

Answer 14

• zentrale Steuergröße der Gemeinschaftsstruktur in aquatischen Lebensräumen, limitierend für NPP
• Beispiel: vertikale Zonierung mariner Algen (mit Tiefe: Grün > Braun > Rot)

Question 15

Abiotische Ressourcen - Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid

Answer 15

• meist scharfe Trennlinie zwischen oxischen und anoxischen Lebensgemeinschaften
• nur wenige höhere Organismen fakultativ anaerob (bei Mikroorganismen verbreitet)
  Sauerstoff:
• Verfügbarkeit in Fließgewässern bestimmt Struktur der Lebensgemeinschaft
  Beispiel: Eintagsfliegen-Larven der Gattung Hydropsyche (Ephemeroptera)
• es gibt stenöke und euryöke Arten
• Bioindikatoren für Gewässergüte

Question 16

Abiotische Ressourcen - Mineralische Nährstoffe

Answer 16

Stickstoff:
- dominierende limitierende Ressource für Mikroorganismen und Vegetation in terrestrischen Lebenräumen
Phosphor:
- dominierende limitierende Ressource für Mikroorganismen und Pflanzen (Algen) in aquatischen Lebensräumen
je nach pH-Wert sind die Nährstoffe unterschiedlich gut verfügbar

Beispiel Capra ibex (Steinbock) - Mineralsalzsuche

• Verhaltensanpassungen
• Cingino-Staudamm Norditalien

Question 17

Biotische Ressourcen - Nahrung

Answer 17

Ressource für Tiere und Mikroorganismen

1. Phytophage/Herbivore: Pflanzenfresser, ernähren sich vom lebenden grünen Pflanzenmaterial
2. Zoophage/Carnivore: Räuber, erbeuten lebende Tiere
3. Saprophage/Detrivore: Zersetzer, ernähren sich von totem, organischem Material (einschließlich Tierleichen und Kot)

Question 18

Biotische Ressourcen - Nahrungsqualität

• Rekalzitranz
• Stickstoff

Answer 18

Rekalzitranz:
- beschreibt den Gehalt schwer abbaubarer Verbindungen
- Lignin oder Cellulose zB
Proteine weisen oft auf eine besondere Qualität der Nahrung hin, weil Stickstoff in vielen Habitaten ein limitierender Faktor ist

C/N Verhältnis:

• hohes Verhältnis: heißt wenig N, heißt schlechte Qualität
• niedriges Verhältnis: gute Qualität

Nahrungsqualität fällt ab von Tieren über Pflanzen (Frucht, Blatt) zu Pflanzen (Borke, Holz) bis zum Detritus

Question 19

Biotische Ressourcen - Nahrungsqualität und Nutzer

• Assimilationseffizienz und Konsumptionsrate

Answer 19

Assimilationseffizienz:
- wie hoch ist der Anteil der assimilierten Energie aus der Nahrung
- umso höher, je besser die Nahrungsqualität
hoch Zoophage > Phytophage > Sapprophage niedrig

Konsumptionsrate:
- wie viel Nahrung aufgenommen werden muss, um ausreichend essentielle Nahrungsbestandteile zu erhalten
- je schlechter die Quali, desto mehr Nahrung muss aufgenommen werden
- Kompensationsfraß
hoch Saprophage > Phytophage > Zoophage niedrig

Konsumptionsrate und Assimilationsrate sind gegenläufig

Question 20

Zusammenfassung

Answer 20

1. Organismen können unterschiedliche ökologische Potenz gegenüber Umweltfaktoren haben.
2. Euryöke Organismen mit weiten Toleranzbereichen für viele Faktoren sind gewöhnlich am weitesten verbreitet.
3. Toleranzbereiche sind durch Adaptationen veränderlich.
4. Wichtige physikalisch-chemischen Umweltfaktoren sind Temperatur, Salzgehalt und pH-Wert.
5. Daneben sind abiotische(Raum, Licht, Sauerstoff, Nährstoffe) und biotische (Nahrung) Ressourcen wichtige Faktoren für das Vorkommen von Organismen.

Question 21

Ökologische Potenz

Answer 21

Fähigkeit eines Lebewesens (Art oder Population), die Spannbreite eines/mehrerer biotischer und abiotischer Umweltfaktoren zu ertragen

Question 22

Ökologische Existenz

Answer 22

tatsächliches Vorkommen bei realen Bedingungen

Question 23

Ökologische Amplitude

• autökologisch, synökologisch

Answer 23

Autökologische Amplitude: Fundamentale ökologische Potenz einer isolierten Art
Synökologische Amplitude: Reale ökologische Potenz einer Art in ihrer natürlichen Lebensgemeinschaft
- Konkurrenz
- Aktivitätsoptimum verschoben

Question 24

Interaktionen, die das synökologische Optimum beeinflussen

• Opponenz
• Synergismus

Answer 24

Opponenz:
- antagonistisches Wirken der Widersacher (Räuber, Parasiten, Krankheitserreger) auf ihre Beute- oder Wirtspopulationen
- Reduzierung der ökologischen Potenz
Synergismus:
- Zusammenwirken von Arten mit einem daraus resultierenden gemeinsamen Nutzen, zB Symbiosen
- erhöht die ökologische Potenz einer Art
- Beispiel Wurzelknöllchen (Stickstoff) oder Mykorrhiza (Phosphor)

Question 25

Zusammenfassung

Answer 25

Die fundamentale ökologische Potenz ist die Fähigkeit eines Organismus/ einer Population im Intensitätsspektrum abiotischer Faktoren zu wachsen = Potenz in “Reinkultur”
Die reale ökologische Potenz ist die Fähigkeit eines Organismus/ einer Population im Intensitätsspektrum abiotischer und biotischer Faktoren innerhalb einer Biozönose zu wachsen = Potenz im Ökosystem
Die fundamentale ökologische Potenz wird durch Konkurrenten eingeschränkt, durch Opponenten negativ beeinflusst und durch Synergisten erweitert.

Question 26

Habitatnische

Answer 26

“Adresse einer Art”

- der konkrete Raumabschnitt, den eine Art besiedeln kann

Question 27

Trophische Nische

Answer 27

“Beruf einer Art”

- die Stellung einer Art im Ökosystem

Question 28

Fundamentale Nische

Answer 28

(fundamentale ökologische Potenz)
- N-dimensionaler Raum als Bereich ökologischer Faktoren (Ressourcen und Umweltbedingungen), innerhalb deren eine Art existieren kann

Question 29

Realisierte Nische

Answer 29

(reale ökologische Potenz)
- Teil der fundamentalen Nische, der unter Berücksichtigung der biotischen Faktoren (zB Konkurrenz, Prädatoren) übrig bleibt

Question 30

Konzept der ökologischen Nische

Answer 30

n-dimensionaler Hyperraum

Question 31

Funktionsmorphologie und trophische Nische

Beispiele

Answer 31

Bau der Mundwerkzeuge

a) stechend-saugend: Beispiel Stechmücke (carnivor)
b) kauend: Beispiel Grashüpfer (herbivor)
c) stark konisch: Beispiel Samenfresser (herbivor)
d) siebend: Beispiel Flamingo (omnivor)
e) mahlend: Beispiel Hirsch (herbivor)

Gebiss Rotfuchs:

• Gebissformel > karnivor
• ist allerdings ominvor, bedient sich aus mehreren trophischen Ebenen
• Nahrungswahl variiert je nach Jahreszeit
• Kombi aus Funktionsmorphologie und Verhaltensweise > Ernährungstyp

Question 32

Interspezifische Konkurrenz

Folgen

Answer 32

bei mehr als einer Art: interspezifische Konkurrenz
bei Nischenüberlappung kommt es zu Interaktion und Wechselwirkung
Ressourcenkonkurrenz und Nischeneinengung
realisierte Nische für beide kleiner (Nischenweite, Nischendimension)

Folge:
Nischenentleerung
- konkurrenzstärkere Art verdrängt die andere
Nischentrennung
- Ausweichen auf andere Ressourcen

Nischenbreite:
- Arten besetzen oft nicht den Teil der fundamentalen Nische, welcher optimal für Wachstum, Vermehrung und Fitness ist

Question 33

Konkurrenz-Ausschlussprinzip (Gause 1934)

Answer 33

Ökologisch identische Arten können nicht koexistieren
unterlegener Konkurrent wird ausgeschlossen (Nischenentleerung)
oder Konkurrenz wird vermieden (Nischentrennung)

Question 34

Typen der Nischentrennung
- allopatrisch, sympatrisch
Beispiel

Answer 34

Allopatrische Nischentrennung:

• bezeichnet das Nicht-Überschneiden der Nischen
• Trennung der Verbreitungsgebiete ähnlicher Arten
• unterschiedlicher Ort im Habitat oder geographisch getrennt
• räumliche Separation

Sympatrische Nischentrennung:

• nebeneinander vorkommend
• im selben Raum oder geographischen Gebiet
• Auftrennung der Nischen entlang von Gradienten für Umweltfaktoren (abiotisch (pH), biotisch (Beutegröße))
• ökologische Separation

Beispiel Wildkatzen in Israel:
verwandte Arten in Koexistenz
Nutzung unterschiedlicher Nahrungsnischen durch unterschiedlich große Eckzähne
kontinuierliche Staffelung der Zahngrößen
korreliert mit der Größe der jeweiligen Beutetiere

Question 35

Koexistenz durch wechselnden Vorteil

Intermediate Disturbance Hypothesis (Conell 1978)

Answer 35

Variabilität mit einer Periodenlänge von einigen Generationszeiten kann dem Ausschluss unterlegener Konkurrenten wirksam zuvorkommen.
- zeitliche Trennung
Ressourcenpulse ermöglichen es Arten mit hohen maximalen Reproduktionsraten dem Ausschluss durch überlegene Konkurrenten zu entgehen
- Ressource nicht limitierend
Intermediate Disturbance Hypothesis (Conell 1978):
Artendiversität ist in solchen Habitaten am größten, die moderate Störungen erfahren und so die Koexistenz früher und später Sukzessionsstadien ermöglichen.

Question 36

Sukzession und Diversität bei Pflanzen

Answer 36

durch Störungen sind Koexistenzen möglich
Beispiel Ökosystem
Verlauf der Sukzession:
1. zu Beginn nur Pionierarten
2. im Laufe der Zeit kommen Arten hinzu
3. Abnahme Artenzahl im Klimaxstadium

Abb. VL4, 6

Question 37

Sukzession unter Störungseinfluss

Answer 37

häufige Störungen > nur wenige, euryöke Arten mit einer breiten ökologischen Potenz
mittlerer Störungseinfluss > Koexistenz von euryöken und stenöken, Diversität am höchsten
wenig oder keine Störungen > Konkurrenzausschluss, Dominanz von stenöken gut angepassten Arten

Question 38

Zusammenfassung

Answer 38

Die fundamentale Nische ist ein n-dimensionaler Raum von Faktoren (Ressourcen und Umweltbedingungen), innerhalb dessen ein Organismus existieren kann.
Die realisierte Nische ist ein n-dimensionaler Raum ökologischer Faktoren (Konkurrenten, Prädatoren) innerhalb dessen ein Organismus natürlicherweise vorkommt.
Koexistenz wird ermöglicht durch Nischendifferenzierung oder wechselnden Vorteil (Ressourcenpulse, Störung).