Ökologische Nische Flashcards
Ökologische Nische
Rolle einer Art innerhalb eines Ökosystems
Umwelt aus der Sicht des Organismus besteht aus..
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
Limitierende Faktoren
- bestimmen das Gedeihen von Organismen Gesetze: - Minimumgesetz - Toleranzgesetz - Wirkungsgesetz
Liebig’s Gesetz des Minimums
„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.
Shelford’s Toleranzgesetz (1913)
und Thienemann’s Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren
„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.“
Ökologische Potenz
- eurypotent, stenopotent
- homoio-, poikilo-
=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
Physikalisch-chemische Umweltbedingungen - Temperatur
- 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
Temperaturregulation - Poikilotherme
- Begriff Ektothermie
Adaption Beispiele
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
Temperaturregulation - Homoiotherme
- Begriff Endothermie
- Zusammenhang zwischen Körpermasse und Stoffwechselaktivität
Adaption Beispiele
- 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
Physikalisch-chemische Umweltbedingungen - Salzgehalt
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
Diversität und Salzgehalt
- 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)
Physikalisch-chemische Umweltbedingungen - Säuregrad
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
Abiotische Ressourcen - Raum
essentiell für alle sessilen Organismen
Besiedlung von Lebensräumen
- mobile Larvenstadien (biphasische Lebenszyklen)
- asexuelle Vermehrung (Stolone, Ausläufer)
- zT Aggregationsverhalten (verbessert Austausch Keimzellen)
Abiotische Ressourcen - Licht
- zentrale Steuergröße der Gemeinschaftsstruktur in aquatischen Lebensräumen, limitierend für NPP
- Beispiel: vertikale Zonierung mariner Algen (mit Tiefe: Grün > Braun > Rot)
Abiotische Ressourcen - Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid
- 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
Abiotische Ressourcen - Mineralische Nährstoffe
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
Biotische Ressourcen - Nahrung
Ressource für Tiere und Mikroorganismen
- Phytophage/Herbivore: Pflanzenfresser, ernähren sich vom lebenden grünen Pflanzenmaterial
- Zoophage/Carnivore: Räuber, erbeuten lebende Tiere
- Saprophage/Detrivore: Zersetzer, ernähren sich von totem, organischem Material (einschließlich Tierleichen und Kot)
Biotische Ressourcen - Nahrungsqualität
- Rekalzitranz
- Stickstoff
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
Biotische Ressourcen - Nahrungsqualität und Nutzer
- Assimilationseffizienz und Konsumptionsrate
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
Zusammenfassung
- Organismen können unterschiedliche ökologische Potenz gegenüber Umweltfaktoren haben.
- Euryöke Organismen mit weiten Toleranzbereichen für viele Faktoren sind gewöhnlich am weitesten verbreitet.
- Toleranzbereiche sind durch Adaptationen veränderlich.
- Wichtige physikalisch-chemischen Umweltfaktoren sind Temperatur, Salzgehalt und pH-Wert.
- Daneben sind abiotische(Raum, Licht, Sauerstoff, Nährstoffe) und biotische (Nahrung) Ressourcen wichtige Faktoren für das Vorkommen von Organismen.
Ökologische Potenz
Fähigkeit eines Lebewesens (Art oder Population), die Spannbreite eines/mehrerer biotischer und abiotischer Umweltfaktoren zu ertragen
Ökologische Existenz
tatsächliches Vorkommen bei realen Bedingungen
Ökologische Amplitude
- autökologisch, synökologisch
Autökologische Amplitude: Fundamentale ökologische Potenz einer isolierten Art
Synökologische Amplitude: Reale ökologische Potenz einer Art in ihrer natürlichen Lebensgemeinschaft
- Konkurrenz
- Aktivitätsoptimum verschoben
Interaktionen, die das synökologische Optimum beeinflussen
- Opponenz
- Synergismus
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)
Zusammenfassung
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.
Habitatnische
“Adresse einer Art”
- der konkrete Raumabschnitt, den eine Art besiedeln kann
Trophische Nische
“Beruf einer Art”
- die Stellung einer Art im Ökosystem
Fundamentale Nische
(fundamentale ökologische Potenz)
- N-dimensionaler Raum als Bereich ökologischer Faktoren (Ressourcen und Umweltbedingungen), innerhalb deren eine Art existieren kann
Realisierte Nische
(reale ökologische Potenz)
- Teil der fundamentalen Nische, der unter Berücksichtigung der biotischen Faktoren (zB Konkurrenz, Prädatoren) übrig bleibt
Konzept der ökologischen Nische
n-dimensionaler Hyperraum
Funktionsmorphologie und trophische Nische
Beispiele
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
Interspezifische Konkurrenz
Folgen
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
Konkurrenz-Ausschlussprinzip (Gause 1934)
Ökologisch identische Arten können nicht koexistieren
unterlegener Konkurrent wird ausgeschlossen (Nischenentleerung)
oder Konkurrenz wird vermieden (Nischentrennung)
Typen der Nischentrennung
- allopatrisch, sympatrisch
Beispiel
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
Koexistenz durch wechselnden Vorteil
Intermediate Disturbance Hypothesis (Conell 1978)
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.
Sukzession und Diversität bei Pflanzen
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
Sukzession unter Störungseinfluss
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
Zusammenfassung
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).
