Symbiosen und Antibiosen

Question 1

Konkurrenzarten

Answer 1

• intraspezifisch
• interspezifisch
• Konkurrenz mit der abiotischen Umwelt

Question 2

Interspezifische Beziehungen - Symbiosen

Answer 2

Interaktionen mit beidseitigem Nutzen

obligate Symbiose:

• beide Partner stehen in gegenseitiger Abhängigkeit
• räumlich nah beieinander
• zB Endosymbionten

Mutualismus:
- “lockere” Symbiose
gegenseitiger Nutzen, aber - können sich trennen und alleine leben

Question 3

Interspezifische Beziehungen - Parabiosen

Answer 3

• ein Individuum hat einen Vorteil durch den der andere weder Nutzen noch Schaden erfährt

Kommensalismus:
- Kommensale/Mitesser beteiligen sich an der Nahrung des anderen

Question 4

Interspezifische Beziehungen - Antibiosen

Answer 4

• negative Interaktionen

Amensalismus:
- einseitige negative Interaktion, bei der eine Art ohne ersichtlichen Vorteil geschädigt wird

Parasitismus, Räuber-Beute-Beziehungen:
- für eine Art schädlich, für die andere vorteilhaft

Konkurrenz:
- für beide negativ

Question 5

Typen der interspezifischen Konkurrenz

Answer 5

Exploitation: Übernutzung einer gemeinsamen Ressource, Mangel erhöht die Konkurrenz

Interferenz: Zugang wird beidseitig behindert, schlechte Verfügbarkeit führt zur Konkurrenz

Question 6

Häufige Ressourcen um die konkurriert wird

Answer 6

biotisch: Nahrung, bei der Konkurrenz durch direkte Konsumption entsteht; innerartlich Konkurrenz um Sexualpartner
abiotisch: Raum, Nährstoffe, Wasser

Question 7

Vermeidung durch Nischendifferenzierung

Answer 7

Beispiel Entenvögel

Question 8

Verringerung der Nischenüberlappung

Answer 8

Vergleich ökologischer Nischen von drei Arten (A,B,C) unter Berücksichtigung zweier Nischendimensionen

• ähnliche Umweltansprüche nur für einen Faktor, weniger für den zweiten
• Darstellung beider Nischendimensionen (Kreise) zeigt die reduzierte Nischenüberlappung

Question 9

Konkurrenzvermeidung durch Revierbildung

Answer 9

• aktiver Ausschluss anderer Tierarten
• Verteidigung

Philopatrie = Rückkehr in dasselbe Territorium im zweiten Jahr
Besiedlung freier Reviere erfolgt nach regelmäßiger Verteilung (Kohlmeise)

Question 10

Bekämpfung des Konkurrenten - Allelopathie

Answer 10

• spezifische Eigenschaft von Pflanzen, die gegen andere Pflanzen gerichtet ist
• Pflanzen scheiden organische phytotoxische Verbindungen aus über Wurzeln oder Blätter
• Stoffe hemmen das Wachstum oder Keimen der Konkurrenten
• Walnussbaum: ungiftiges Glycosid gelangt über Wurzeln oder Abwaschung von den Blättern in den Boden → Entstehung von Juglon durch Abspalten von Glucose durch Mikroorganismen → hemmt Keimung und Wachstum vieler Pflanzen (Mindestabstand zum Baum)
• biologische Schädlingsbekämpfung durch allelopathische Substanzen

Question 11

Zusammenfassung

Answer 11

Eine Beziehung, bei der sich die Populationen von zwei oder mehreren Arten aufgrund einer beschränkten Anzahl vorhandener Ressourcen (z.B. Raum, Nahrung) negativ beeinflussen bezeichnet man als interspezifische Konkurrenz.
Prinzip der Konkurrenz zwischen Arten ist einer der Eckpfeiler der Evolutionsbiologie. Sie wird als stärkste Triebkraft von Artbildung bzw. Spezialisierung von Arten angesehen.
Möglichkeiten der Konkurrenzvermeidung/-verringerung sind Nischenbildung, Revierbildung und Allelopathie.

Question 12

Lotka-Volterra-Gleichung: Beschreibung der Konkurrenz

Answer 12

• Beziehung zwischen 2 Arten mit gleicher Ressource
• Ausgang ist Gleichung des logistischen Populationswachstums
  rot = Umweltwiderstand, bzw. intraspezifische Konkurrenz
  türkis = interspezifische Konkurrenz
• durch zweiten Term (Umweltwiderstand) geht exponentielles in logistisches über
• Gleichung wird um αN2 erweitert, bzw. βN1
• erzeugt hemmende Wirkung
  N2 = Individuendichte der Art 2
  α = Konkurrenzkoeffizient

Abb. VL7, 16

Question 13

Konkurrenz-Ausschlussprinzip nach Gause

Answer 13

siehe VL7
geringe intraspezifische Konkurrenz bei P. aurelia
P. aurelia behindert P. caudatum stärker als sich selbst.
manche können besser mit interspezifischer Konkurrenz umgehen als andere

Question 14

Lotka-Volterra-Modelle der Konkurrenz

Answer 14

Diagonale = Nullwachstums-Isokline

• Individuendichte N1 und N2 mit Populationswachstum gleich Null: dN1/dt=0, bzw. dN2/dt=0
• Kapazität K ist erreicht: N1=K1 bzw. N2=K2
• Links der Nullwachstumsisoklinen steigt die Populationsdichte, rechts davon sinkt sie
• Schnittpunkt mit der y-Achse: Dichte entspricht der Art 2 N2 der Umweltkapazität K1 der Art 1 (N2 = K1/α). Hier ist N1 = 0, die Art 1 ist also durch Art 2 komplett unterdrückt
• Am Schnittpunkt der Nullwachstumsisokline mit der X-Achse im Beispiel links ist Art 2 nicht vorhanden (N2=0), Art 1 kann also ihre Umweltkapazität K1 voll ausschöpfen.

Abb. VL7, 17

Question 15

4 Grundtypen der Konkurrenz

Answer 15

siehe VL7

Question 16

Konkurrenz nicht nur von Ressourcen beeinflusst

Answer 16

• kann auch Konkurrenz durch unterschiedliche optimale Temperaturbereiche geben: Samenkeimung
• nach der Keimung Konkurrenz durch Ressource Licht beeinflusst (wirkt sekundär)

Question 17

zeitlich variierende Umweltfaktoren

Answer 17

Die Heterogenität von Umweltfaktoren bewirkt wechselnde Konkurrenzvorteile
- zB. Veränderung in der Dominanz zweier Süßgräser durch zeitliche Variation des Regenfälle

Question 18

Konkurrenz findet meist um verschiedene Ressourcen gleichzeitig statt

Experiment

Answer 18

oberirdische Pflanzen:
Spross konkurriert um Licht, Wurzeln um Nährstoffe und Wasser
Experiment:
Chondrilla in allen drei Bereichen unterlegen, da Klee Symbiose mit stickstofffixierenden Bakterien eingeht → generell erhöhte Konkurrenzstärke

Question 19

Relative Konkurrenzstärke bei wechselnden Umweltbedingungen

Answer 19

Wechselnde Umweltbedingungen verändern die Konkurrenzkraft, d.h. die Umweltkapazität K der Art.
Versuch mit Wasser:

Monokultur: fundamentale ökologische Potenz, Beziehung des Einzelorganismus zu seiner Umwelt ohne interspezifische Konkurrenz

Mischkultur: reale ökologische Potenz, Beziehungen zwischen Populationen einer Lebensgemeinschaft mitsamt interspezifischer Konkurrenz

Question 20

Relative Konkurrenzstärke entlang von Umweltgradienten

Answer 20

auch andere Umweltfaktoren wie pH und Stickstoff haben einen Einfluss

• veränderte Konkurrenzkraft innerhalb eines Nährstoffgradienten
• unterschiedlicher Verlauf der Gesamtphytomasse bei Mono- und Mischkulturen

Question 21

Zusammenwirken von Umweltgradienten und Verhalten

Wovon ist Konkurrenz abhängig?

Answer 21

Konkurrenzstärke abhängig von:

Habitatpräferenz + Stresstoleranz + Aggression

Question 22

Zusammenfassung

Answer 22

Die interspezifische Konkurrenz lässt sich anhand von Lotka-Volterra Gleichungen beschreiben. Man unterscheidet hierbei vier Grundtypen der Konkurrenz.
Konkurrenz wird meist über (eine oder mehrere) Ressourcen vermittelt. Die Fähigkeit eine Ressource gut zu erschließen ermöglicht oft einen besseren Zugang zu weiteren Ressourcen.
Die relative Konkurrenzstärke ändert sich entlang von Umweltgradienten und kann vom Verhalten moduliert werden.

Question 23

Symbiose Definition

Answer 23

allg. Definition: Eine Beziehung zwischen Individuen zweier Arten, von der beide profitieren. Diese Interaktion bedingt gegenseitige Abhängigkeit und Nutzen sowie eine räumliche Nähe des Partners.

Symbiose im engeren Sinne (Eusymbiose):
Beziehung für beide Partner unmittelbar lebensnotwendig.

Mutualismus (Allianz):
eine nicht unmittelbar zwingend notwendige Partnerschaft

Question 24

Evolution von Eusymbiosen

Answer 24

viele Spezialanpassungen der Partner:
- lange gemeinsame Evolution
- koordinierte Selektionsprozesse
Entstehung aus trophischen Beziehungen
- Endosymbiosen häufig auf Räuber-Beute-Beziehungen
- parasitische Bodenbakterien werden zu Wurzelsymbionten
- Pollenfresser entwickelt sich zu Blütenbestäuber
Entwicklung der Koexistenz
- durch “kleine Geschenke” wird parabiotischer Partner geduldet
- wechselseitiger Nutzen stabilisiert Koexistenz

Question 25

Eusymbiosen lassen Neues enstehen

Answer 25

Eusymbiosen können so eng sein, dass sich neue taxonomische Gruppen bzw. neue Eigenschaften ableiten:

• Endosymbiontentheorie: Die Bildung der Eukaryoten lässt sich auf eine Symbiose mit Prokaryoten zurückführen.
• Flechten: Entstehen durch die Symbiose von Pilz und Cyanobakterium bzw. Grünlagen
• Flechtensäuren: Sind bei den einzelnen Partnern unbekannt und werden nur in Symbiose gebildet.

Question 26

Eusymbiosen - Beispiele

Steinkorallen

Answer 26

Steinkorallen
- Steinkorallen sind eine Endosymbiose mit photoautotrophen einzelligen Algen eingegangen
- Algen geben 90% der Photosyntheseprodukte an Korallen ab
- Algen bekommen Stickstoffverbindungen vom Polyp
- Nebeneffekt: Algen beschleunigen Kalkausscheidung der Polypen
- durch Photosynthese wird Wasser CO2 entzogen → im Wasser gelöstes Hydrogencarbonat zerfällt
CO32- fällt mit Kalzium aus (CaCO3)
- beide können alleine nicht überleben

Question 27

Eusymbiosen - Beispiele

Flechten

Answer 27

Konsortium = Doppelorganismus
gemeinsamer Thallus
Pilz (meist Ascomycet, Schlauchpilz) mit Photosynthesepartner (Cyanobakterien oder Grünalgen)
Pilz:
- nutzt Kohlenhydrate des Partners
- bietet Wohnraum
- verbessert Wasser-/Mineralstoffversorgung

Question 28

Symbiotische Verdauung: niedere Termiten

Answer 28

endosymbiontische Beziehung zwischen Flagellaten und Bakterien
Termiten erhalten:
- Zellulase-Aktivität (Enzym zum Zersetzen des Holzes) vom Flagellat
- kurzkettige Fettsäuren (Nahrung) von Bakterien
Bakterien / Flagellaten bekommen:
- Nahrung (Holzsubstrat)
- Verbreitung, Schutz

Question 29

Mutualismus (fakultativ)

Answer 29

Arten können auch ohne mutualistischen Partner überleben:
- Bestäuber
Mutualismus für eine Art obligat, für die andere Art nicht:
- Elaiosomen (Ölkörperchen) von Pflanzen – Verbreitung für die Pflanze obligat
- Ameise (Vektor) hat aber eine Vielzahl von Nahrungsquellen

Question 30

Typen mutualistischer Beziehungen

Answer 30

Nahrungsmutualismen: Eine Art stellt der anderen Nahrung zur Verfügung, z.B. Mykorrhiza (beide Partner), Bestäubung & Samenverbreitung (aus Sicht der Tiere).
Schutzmutualismen: Ein Partner gewährt dem anderen Schutz, z.B. Clownfisch & Seeanemone (beide Partner), Putzer
Transportmututalismen: Der Vorteil eines Partners besteht in der Verbreitung seiner selber oder seiner Gameten; z.B. Bestäubung & Samenverbreitung (aus Sicht der Pflanze).

Question 31

Mutualismus - Nährstofftransfer für Phosphor

Answer 31

(a) Endomykorrhiza (häufigste: Arbuskuläre Mykorrhiza - AM):
- krautige Pflanzen und Süßgräser mit Glomeromyceten
- intrazellulär - Arbuskel (bäumchenartige Verzweigungen in Parenchymzellen)
(b) Ektomykorrhiza
- Bäume der temperaten Zone mit höheren Pilzen (Basidiomyceten)
- interzellulär – Hartig´sches Netz (zwischen Parenchymzellen)

Question 32

Mutualismus - Nährstofftransfer für Stickstoff

Answer 32

Stickstoff:
- 99% in der Erdatmosphäre als N2
- sehr reaktionsträge - aus der Luft nur mikrobiell oder industriell fixiert (v.a. Düngemittel; Haber-Bosch-Verfahren)
Rhizobium – Bodenbakterien (Knöllchenbakterien):
- Symbiose mit Leguminosen => Knöllchenbildung in der Wurzel
- fixieren Luftstickstoff (als NH4)
- bekommen im Gegenzug Kohlenhydrate aus der Photosynthese

Question 33

Mutualismus - Verteidigung beidseitig

Answer 33

beide Partner wehrhaft
Seeanemone (Aktinien) + Clownfisch
Anemone gute Verteidigung über Nesselkapseln
Clownfisch
- greift Feind der Anemone (Schmetterlingsfisch) an
- sucht Schutz innerhalb der Tentakel
- chemische Tarnung

Question 34

Mutualismus von Pflanzen

Answer 34

• Verteidigung des einen Partners, Ernährung des anderen
  Süßgräser + endophytische Pilze < > große Herbivore
• Pilz: bittere oder giftige Alkaloide als Fraßschutz
• Pflanze: Versorgung mit Photosyntheseprodukten
  Pflanzen + Ameisen < > herbivore Insekten
• Ameise: Abwehr von Pflanzenfresser
• Pflanze: Wohnraum, Schutz, Ernährung

Question 35

Putz-“Symbiosen”

Answer 35

Putz-Partner dient der Verminderung von Parasitenbefall
Putzerfische
- entfernen verletztes oder abgestorbenes Gewebe
- Putzertracht (Signalfarben) => Fresshemmung beim zu putzenden Fisch
Vögel und Weidetiere
- entfernen ektoparasitische Insekten (z.B. Zecken)

Question 36

Mutualismus - Samenverbreitung durch Tiere (Zoochorie)

Answer 36

Granivore (Samenfresser)
- Versteckausbreitung
- meist krautige Pflanzen
- Elaiosom (Anhängsel des Samens) ist einweißhaltig oder fettreich
Frugivore (Fruchtfresser)
- Endochorie = Verdauungsausbreitung
- Samen mit nahrhaftem Fruchtfleisch (Zucker, Fruchtsäuren)
- Darmpassage oft obligat für Keimung
- Samen resistent gegenüber Verdauungsenzymen

Question 37

Mutualismus - Bestäubung durch Tiere (Zoophilie)

Answer 37

Pflanze:
- Anlockung über Blüten, Blütenstände
- „Belohnen“ Gäste für Pollenübertragung mit Nektar, proteinreichen Pollen
Bestäuber:
- euryanth = Generalisten (zB Hummel)
- stenanth = Spezialisten (zB Sandbiene besucht nur Zaunrüben)
Übergang von Mutualismus zum Parasitismus fließend. Insekten können auch Nektarräuber sein, die keine Pollen verbreiten. Pflanzen könne Täuschblumen ausbilden (ohne Belohnung).

Question 38

Übergang Symbiose <> Antisymbiose

Answer 38

Beziehungsart zwischen Samenfressern und Pflanzen fließend, abhängig von der Populationsdichte der Samenfresser.
Populationsdichte der Samenfresser (typisch: Ameisen, verlieren Samen beim in den Bau tragen)
Gering: Ohne Wirkung auf Fitness der Pflanze => neutral
Mittel: Erhöhung Fitness via Samenverbreitung => mutualistisch
Hoch: Negativer Einfluss via Samenfraß dominiert => Prädation

Question 39

Kosten-Nutzen-Perspektive

Answer 39

Sowohl Kosten als auch Nutzen für die Beteiligten hängen von den ökologischen Umweltfaktoren ab!
Mykorrhiza:
Vorteil der Pflanze abhängig vom P-Gehalt des Bodens
- phosphatarm – Nutzen hoch
- phosphatreich – Pflanze wird parasitisch (Pilz wird verdaut)
Ameisen & Blattläuse:
1. Feinde der Blattläuse in der Umgebung
vorhanden – Nutzen der Verteidigung hoch
keine – Sekrettropfen umsonst an Bewacher gegeben
2. Kosten für die Produktion des Honigtaus
abhängig von Menge und Qualität der Nahrung der Blattläuse

Question 40

Populationsentwicklung mutualistischer Arten

Answer 40

Mutualismus → α hat eine positive Wirkung
Kapazitätsgrenze wird erhöht

Gleichung siehe VL7

Question 41

Mehrere Beteiligte - Populationsdynamik

Answer 41

Der Mutualismus zwischen mehr als 2 Arten verkompliziert die Erfassung des Effektes auf die - Populationsdynamik jedoch deutlich.
Beispiel: Nadelbaum, Mykorrhizapilz und Wühlmaus
Populationsdynamiken in gegenseitiger Abhängigkeit
- komplexes System mit multitrophischen Interaktionen

Question 42

Zusammenfassung

Answer 42

Als Mutualismus werden Wechselwirkungen zwischen zwei (oder mehreren) Arten bezeichnet, deren Vorteile normalerweise die jeweiligen Nachteile überwiegen.
In diesen „biologischen Märkten“ werden wechselseitig Waren und Dienstleistungen angeboten. Dies kann man als gegenseitiges Ausbeuten (reciprocal exploitation) der Partner auffassen, wovon in der Summe beide profitieren.

• genaue Funktion oft nur vermutet - experimentelle Prüfung notwendig
• Übergänge zur Antibiose teilweise fließend