Konvergenz und Biogeographie Flashcards
Konvergenz (auch Parallelismus)
- Entwicklung ähnlicher Merkmale bei NICHT miteinander verwandten Arten
- im Laufe der Evolution durch Anpassung an eine ähnliche Funktion und ähnliche Umweltbedingungen ausgebildet
Analogie
Wie entstehen Analogien?
- Ähnlichkeit in Form und Funktion (Körperstrukturen, Organe, Stoffwechselwege, Verhaltensweisen)
- konvergente Entwicklung aufgrund gleicher Selektionsfaktoren
analog:
- unabhängig voneinander entstanden
- bei ähnlicher Funktion > konvergent
- entstehen durch Wechselspiel von konvergentem Selektionsdruck und Entwicklungskorridoren
- geben Rückschlüsse auf ähnliche Umweltbedingungen und Lebensweisen
⇒ überlappende ökologische Nischen
Homologie
Übereinstimmung aufgrund eines gemeinsamen evolutionären Ursprungs
homolog:
- oft unterschiedliche Funktion
- oft gemeinsamer evolutionärer Ursprung
Konvergente Evolution Plazenta- und Beuteltiere
- mehrfach konvergente Evolution
- Beuteltiere in Australien ohne Konkurrenz
- Beispiel für Konvergenz durch geographische Trennung →allopatrische Arten
Konvergenz bei Hochleistungsschwimmern
- Körperform: langer, schlanker Körper, ähnliche Flossenposition und Form, glatte Körperoberfläche mit Schuppen
- fossiler Saurier, Knorpelfisch, Säuger und Knochenfisch
- rezente Schwimmer im selben geographischen Gebiet gemeinsam vorkommende Populationen und überlappende Verbreitungsgebiete → sympatrische Arten
Konvergenz bei Pflanzen
Dornen bei Kakteen gestauchte Kurztriebe, bei Wolfsmilchgewächsen Nebenblätter
- Ähnlichkeit in Form und Funktion bei nicht verwandten Arten = Konvergenz
Sukkulenz
Gliedmaßen von wasserlebenden Wirbeltieren
Übergänge bei solchen Prozessen sind - im Laufe langer Entwicklungslinien - fließend.
Abwandlungen eines Grundbauplans einer fünfgliedrigen Extremität und somit weitesgehend homolog
Jedoch entstehen Flossen der Wale und Schildkröten aus Vorderextremitäten, während Flossen der Pinguine umgewandelte Flügel sind.
Wenn man weit genug in der Stammesgeschichte zurückgeht, findet man einen gemeinsamen Vorfahr mit der fünfgliedrigen Extremität, heißt diese ist im weitesten Sinne homolog und keine Konvergenz
Konvergente Evolution
- evolutive Anpassung an gleichartige Umweltbedingungen
- führt bei Vertretern systematisch verschiedener taxonomischer Gruppen zu einer Übereinstimmung in der äußeren Gestalt
⇒ Merkmale lassen sich direkt auf ihre Funktion zurückführen
Biogeographische Ökologie
Konvergenz auf Ökosystemebene
Pflanzenformationen
sind Kategorien für Pflanzen mit physiognomisch ähnlichem Erscheinungsbild, welche die dominierenden Gestalttypen der Vegetationszone darstellen. Geographische Regionen mit ähnlichem Makroklima bringen ähnliche Pflanzenformationen hervor.
Biom
Großlebensraum der Biosphäre, zu dessen Abgrenzung Pflanzenformationen herangezogen werden
Zonobiome
den Biomen entsprechende Landschaftschaftsräume, die klimazonentypisch sind
Für die Einteilung der Zonobiome ist maßgeblich, welche Pflanzenformation sich bei gegebenem Makroklima als Endstadium der Vegetationsentwicklung einstellt.
Zonobiomgliederung nach Walter
- tropischer Regenwald
- tropisch-subtropische Regenzeitwälder und Savannen
- heiße Halbwüsten und Wüsten
- mediteranoide warmtemperate Hartlaubwälder
- warmtemperate immergrüne Lorbeerwälder
- kühltemperate Laub abwerfende Wälder
- winterkalte Steppen, Halbwüsten und Wüsten
- winterkalte Nadelwaldgebiete (Taiga)
- Tundren und polare Wüsten
Muster terrestrischer Biome in Beziehung zu Temperatur und Feuchtigkeit
Biomanzahl abhängig von Zusammenspielt von Temperatur und Niederschlag
Generelles Muster: Je geringer T, desto geringer N
Niederschlagsmenge nimmt vom Äquator zu den Polen hin ab. nicht gleichmäßig verteilt → zwei Peaks (Mitteleuropa und Ostküste USA) in den mittleren Breiten durch Windgürtel (Aufeinandertreffen von fallenden und steigenden Luftmassen → Regen)
→kühltemperierte laubabwerfende Wälder
Klima variiert auch regional, nicht nur global
Makroklima und Zonobiome: Nordamerika
Regionale und globale Regen- und Niederschlagsmuster bewirken ein kontinentales Makroklima.
Ost-West-Gradient: reflektiert Abnahme Niederschlag (Regen kommt nicht über Rocky Mountains)
Süd-Nord-Gradient: reflektiert Abnahme der Jahrenmitteltemperatur
Lebensformtypen terrestrischer Pflanzen
Kohlenstofflokation unterschiedlich →Speicherung im Stängel und Stamm nimmt nach unten zu
- Gräser
- Büsche
- Bäume
Bäume haben viele strukturbildende Organe (Stamm)
- Vorteil: besserer Zugang zu Licht, Nachteil: “Unterhaltskosten”
Falls keine ausgeglichene C-Bilanz möglich ist, sind Gräser und Büsche im Vorteil.
schlechte Umgebungsbedingungen (niedrige T und N, wenig Nährstoffe) → Laubabwurf bzw. Dominanz Nadelbäume → Rückgang in Größe und Individuenzahl (Taiga) → Wegfall aus der Pflanzengemeinschaft (Tundra)
Lebensformtypen bei Bäumen
sommergrün (laubabwerfende):
- Blatt überdauert nur eine Vegetationsperiode
1. laubabwerfend im Winter in gemäßigten Breiten (oben - Winter/Sommer)
2. laubabwerfend bei Trockenheit in den Tropen und Subtropen (unten - Regenzeit/Trockenzeit)
immergrün: 1. breitblättrige, immergrüne Laubbäume: Ökosysteme ohne definierte Vegetationsperiode Wachstum und Photosynthese durchgängig 2. immergrüne Nadelbäume: kurze Vegetationsperiode (obere Breitengrade) Nährstofflimitation (Gebirgslagen) Wachstum und Photosynthese eingeschränkt
- Ökosysteme mit warmem, feuchtem Klima und ohne distinkte Jahreszeiten => breitblättrige, immergrüne Bäume => tropischer/subtropischer Regenwald
- Trockeneres Klima sowie Jahreszeiten => laubabwerfende Bäume =>tropische Wälder mit Jahreszeit, Wälder gemäßigter Breiten
- Bedingungen noch trockener => Größe und Dichte der Bäume nimmt ab => Taiga (Coniferen)
- Noch weniger Niederschlag => wenig/keine Bäume, dafür Gräser und Büsche => Savanne, Steppe, Tundra
- Kaum Niederschlag => kaum Vegetation => Wüste
Klimadiagramme
vermittelt drei Informationen:
- Ortsangabe mit Höhe über NN
- mittlere Jahreswerte für T und N
- Jahresgang des langfristigen Mittels für T und N
Charakteristika der Zonobiome
Tabelle
Tropische Regenwälder
- Äquatorzone
- hohe Temperaturen, wenig Unterschiede zwischen den Monaten (blaue Linie gerade)
- Tagesklima und kein Jahreszeitenklima (Tag-Nacht-Unterschiede größer als jahreszeitliche Schwankungen)
- Regenfall nahezu täglich
- größte Regenwaldregion: Amazonasbecken
1. Tieflandregenwald: humide Tieflagen, von Meereshöhe bis ca. 1200m
2. Bergregenwald: submontane Stufe (ab 800m) und montane Stufe (ab 1500m)
Tropische Regenwälder - Stockwerkbau
- Urwaldriesen (Emergenten): Dazu zählen bis zu 45 m hohe Einzelbäume. Sie sind höher als alle anderen Bäume, die Kronen ragen wie Inseln aus dem Blätterdach heraus. Die Bäume stehen isoliert. Da nur wenige Tiere sie erreichen können, sind sie nur schwach besiedelt.
- Obere Baumkronenschicht: Sie bildet ein ca. 30 m hohes geschlossenes Kronendach und verhindert so größtenteils den Lichteinfall in die tieferen Stockwerke.
- Niedrige Baumschicht: Sie umfasst das gleichmäßige, fast geschlossene Blätterdach der “normalen” Bäume und liegt in 20 Meter Höhe. Temperatur, Windgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit wechseln hier viel stärker als in den unteren Schichten. (höchste Biodiversität)
- Strauchschicht: In dieser Schicht ist windstill und dämmrig, Feuchtigkeit und Temperatur sind praktisch immer gleich. Nur 1 bis 2 % des Lichtes kommen hier an.
- Bodenschicht: mit Farnen und krautigen Pflanzen
Savannen
- treten in Sommerregengebieten auf
- Südamerika, Afrika, Südostasien, Australien (geringer Anteil)
- kurze Regenzeit, lange Trockenzeit
Länge der Trockenzeit bestimmt Art: - 3-5 Monate = Feuchtsavanne
- 6-7 Monate = Trockensavanne
- 8-9,5 Monate = Dornensavanne
Savannen - Vegetationstypen
- reiner, großflächiger Grasbewuchs
- Grasland mit Strauch- und Baumbewuchs
- Grasland unterbrochen von offenen Waldlandschaften
Gemeinsamkeiten:
- immer Grasdecke
- häufiges Auftreten von Feuern (→Pyrophyten)
Jahresniederschlag und Bodenart beeinflussen Vorkommen von Baum-, Dorn und Grassavanne
hohes Wasserpotential in Ton, heißt Wasser schlechter verfügbar für die Pflanzen → mehr Niederschlag ist notwendig für einen Baumbewuchs
niedriges Wasserpotential in Sand, heißt Wasser besser verfügbar
- Ton + trocken: Grassavanne
- mittlere Ausprägung: Dornsavanne
- Sand + ausreichend Regen: Baumsavanne
Diagramm VL3, 3
Savannen - diverse Herbivoren-Zönose
funktionellen Gruppen von Herbivoren:
Grazer:
- grasfressende Säugetiere (Zebra, Gnu, Nashorn)
- weite Wanderungen in der Trockenzeit
- Gräser haben tiefliegendes Meristem >neue Triebe
Browser:
- Blätter und Zweige fressende Säugetiere (Giraffen)
- Akazien wehren sich durch Dornen gegen Fraß
Insekten:
- höchste Biomasse
- Termiten, Heuschrecken, Zikaden
Wüsten und Halbwüsten
- größte Ökosystemvielfalt
- Mehrheit auf Nordhalbkugel
Wüsten und Halbwüste - Arten
Winterkalte Wüsten (Strauchwüsten)
- kontinentales Klima: warme Sommer, lange kalte Winter
Heiße Wüsten
- fehlende Vegetation: Sandwüste
- spärliche Vegetation: Dünenlandschaft mit Zwerg-/Halbsträuchern und Sukkulenten
Wüsten und Halbwüsten - Anpassung der Organismen
Pflanzen:
- Toleranz: Wasserspeicherung (Sukkulenz), verringerte Blattoberfläche
- Vermeidung: Therophyten (überdauern als Samen im Boden), Geophyten (bilden unterirdische Speicherorgane)
Tiere:
- Toleranz: Wasserspeicher (Kamele)
- Vermeidung: Übersommerung
Hartlaubwälder und Gebüschformationen
- zusammengefasst “mediteranoide warmtemperate Hartlaubwälder” und “warmtemperate immergrüne Lorbeerwälder”
- mediterranes, warmtemperiertes Klima
- sommerliche Trockenheit und kühle, feuchte Winter
Hartlaubwälder und Gebüschformationen - Maccachie (Hartlaubbäume)
- Mittelmeerraum
- dominiert von Korkeiche
- viele Pyrophyten, da hohe Brandgefahr durch Streu
Hartlaubgewächse (gehören zu Xeromorphen) - Anpassung an Trockenheit - kleine, sklerophyllreiche Blätter
- verdickte Cuticula, Wachsüberzug, Drüsenhaare, Einsenkung der Stomata
- reich an ätherischen Ölen
Hartlaubwälder und Gebüschformationen - Chaparral (Hartlaubsträucher, -bäume)
- Nordamerika
- Dickicht aus strauchförmigen, immergrünen Eichen
- Endemiten wie Chamise und Chinquapin
- Endemiten = Pflanzen, die nur in einer bestimmten, räumlich klar abgegrenzten Umgebung vorkommen und nicht in den vergleichbaren Biomen anderer Kontinente
Hartlaubwälder und Gebüschformationen - Mediteranoide Ökosysteme
- alle 5 Regionen mit physiognomisch ähnliche Pflanzenarten → Hartlaubgewächse
- immergrüne, auch im Winter photosynthetisch aktive Pflanzen
- Sommerzeit ist Ruhezeit
- hohe Artenvielfalt
- hohe Zahl an Endemiten
Laub abwerfende Waldökosysteme
- gemäßigte Zone
- ausreichend Regen, Winter 3-4 Monate
Wald gemäßigter Breiten:
- geschlossenes Kronendach, Baum-/Strauch-/Bodenschicht
- Nordhemisphäre: viele charakteristische Arten
- Südhemisphäre: Südbuche (immergrün) und Scheinbuche (sommergrün)
Nettoprimärproduktion in Laubwäldern:
Zusammenhang zwischen NPP und Länge der Vegetationsperiode
Vegetationsperiode = Zeitraum innerhalb eines Jahresklimas, im Temperatur so hoch ist, dass Pflanzen wachsen können
- zunehmende Produktivität mit zunehmender Länge der Vegetationsperiode
Steppen gemäßigter Breiten
- trockener, winterkalter kontinentaler Bereich
- im Winter kalt, im Sommer heiß
- nicht nur durch Klima hervorgerufen sondern auch durch Brände und Eingriffe des Menschen
- wurden durch Wiesen, Acker- und Weideland zurückgedrängt
- natürliche Graslandschaften auf Nordhalbkugel: Prärien Nordamerikas, Steppen Eurasiens
- auf Südhalbkugel: Pampa (Argentinien), Grassveld (Afrika)
Steppen gemäßigter Breiten - Nordamerikanische Prärien
Niederschlagsgradient gliedert amerikanische Prärien von Ost nach West (abnehmend)
- Hochgrasprärie: hochwüchsiges Süßgras
- Mischgrasprärie: typisch für die großen Ebenen
- Kurzgrasprärie: schließt sich im Westen an, geht in Wüstenregion über
Steppen gemäßigter Breiten - Primärproduktion von Steppen
Je mehr mittlerer jährlicher Niederschlag, desto höher der Bewuchs und Produktivität.
Herbivore:
- große Pflanzenfresser (Antilope, Zebra, Pferd)
- rhizophage Nematoden im Boden
Boreale Nadelwälder
- immergrüne Baumarten
- zwei Areale
1. in einem den Pol umspannenden Gürtel auf der Nordhemisphäre
2. in Gebirgszügen
Taiga: Waldkomplex der Nordhemisphäre - Fichten dominieren Gebirgslagen: - ähnliches Klima wie in der Taiga - andere dominierende Arten (zB Felsengebirgstanne, Gelbkiefern)
Lebensformtyp beider:
- immergrünes Erscheinungsbild
- Nadeln (Anpassung an niedrige Temperaturen)
- konische Form (Anpassung an Schnee)
- konvergente Evolution in Taiga und Gebirgslagen
Arktische und alpine Tundra
- arktische Tundra rund um die nördliche Polarregion
- alpine Tundra in den Höhenlagen der Gebirge
- baumlose Ebene
- ungünstige Umweltbedingungen, wie geringe T und N
Arktische Tundra
- Flechten, Moose, Wollgräser, Heidekrautgewächse, kleinwüchsige Weiden und Birken
- Permafrost bildet stauende Schicht → Wasser läuft horizontal ab → sammelt sich → Moore, Seen, Flüsse
- besonders empfindliches System bzgl. globaler Erwärmung, da sehr temperatursensitiv
- im Boden viel organisches Material gespeichert, größter Kohlenstoffspeicher
Alpine Tundra
- Hochgebirge der Erde
- felsige, steile Lagen
- Rasen- und Zwergstrauchvegetation sowie Flechten
- Klima geprägt von starkem Wind, Schnee und Kälte
- starke Temperaturschwankungen
- selten Permafrost, Boden meist trocken
Zusammenfassung
- großräumig-makroklimatische Faktoren bedingen die Verbreitung der Vegetation der Erde und der mit ihr verbundenen Tierwelt
- durch ein biogeographischen Klassifikationssystem werden diese biologischen Einheiten als Biome zusammengefaßt
- auf der Erde unterscheidet man 9 Zonobiome oder Großlebensräume die jeweils einer Klimazone entsprechen
- maßgeblich ist diejenige Pflanzenformation, die bei dem gegeben Makroklima als Endstadium der Vegetationsentwicklung großräumig vorhanden ist
