Ökologie - Biologie für die Oberstufe

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

Toleranzkurven fornien findet man zwei Unterarten dieser Art, Ensa- Besäße die Erde eine einzige große, konstante und homogene Umwelt,tina dann eschscholtzii könnte möglicherweise eschscholtzii eine einzelne und Ensatina Art allen anderen esch- Arten in ihrer Fähigkeit sich zu entwickeln, zu wachsen und sich zu scholtzii klauberi. Beide unterscheiden sich auffällig reproduzieren, überlegen sein. Dies ist jedoch nicht der Fall, da die Umweltbedingungen in der Farbe und inhomogen kreuzen sich sind. So nicht verwundert miteinander. es niemanden, Eine dass beispielsweise ein Eisbär an völlig andere klimatische Umweltbedingungen Kette von angepasst Populationen, sein muss die als eine sich Wüsteneidechse. nach Norden Darüber und hinaus weiter ändern entlang sich jedoch der Ostseite meist auch des die Umweltbedingungen Central Valley in innerKalihalb eines bestimmten Lebensraums ständig, beispielsweise mit dem Wechsel fornien der entlangzieht, Jahreszeiten. verbindet jedoch diese beiden Um auf Umweltveränderungen reagieren zu können, stehen ei- Unterarten. Entlang dieses Ringes von Populationen nem Organismus nicht unendlich viele Möglichkeiten zur Verfügung. So verändert sind sowohl sich der Eisbär das als Farbmuster auch die Wüsteneidechse der Salamander sehr gut nur an extreme Temperaturen und Temperaturschwankungen in ihren jeweiligen langsam. Lebensräumen Der Ökologe angepasst. Robert Im Lebensraum Stebbins, des der jeweils dieses Anderen Mus- könnten ter der sie geographischen jedoch nicht für längere Variation Zeit überleben. dieser Populationen Die Eigenschaften, die es einem Individuum ermöglichen, unter bestimmten Umweltbedingungen erstmals 1949 erfolgreich beschrieb, zu sein, begrenzen vermutete also einen zumeist Zusammen- gleichzeitig den hang möglichen mit der Erfolg ursprünglichen unter anderen Umweltbedingungen. Ausbreitung der Ein offenAussichtliches Beispiel für dieses Konzept aus unserer Gesellschaft sind die Sportler gangspopulation Wilt Chamberlain, von ein Nordkalifornien berühmter Basketballspieler, aus nach und Süden. Willie Shoemaker, eine „Jockey-Legende“. Mit seiner Körpergröße von Ein Teil davon wanderte im Westen entlang der Sierra 1,49 m hätte Shoemaker niemals ein professioneller Basketballspieler werden Nevada können und und ein der anderer 2,15 m große östlich Wilt Chamberlain entlang des hätte Küsten- niemals als Erster ein Derby gewonnen. Die Gesamtheit der Merkmalseigenschaften,gebirges. die eine Bei Person ihrer in weiteren einer dieser Ausbreitung beiden Sportarten nach brillieren Süden lässt, wurden verhindert die beiden zugleich, Populationen dass sie auch in durch der anderen die Anpassung Sportart erfolgreich sein kann. Ebenso bilden die Fähigkeiten von Organismen zugleich an die auch jeweiligen deren Grenzen. neuen Umweltfaktoren zunehmend Wenn man unter Laborbedingungen die Reaktion eines Organis- verschieden. Als sie dann in Südkalifornien erneut mus auf die Variation eines einzelnen, bestimmten Umweltfaktors beobachtet, aufeinandertrafen, erfasst und grafisch hatten auswertet, sich genügend so erhält Unterschiede man ein bezüglich seiner Form charakteristisches Diagramm. Diese Auftragung der Intensität sowie der Isolationsmechanismen Lebensprozesse (körperliche zwischen oder Stoffwechselaktivität, ihnen ent- Reproduktionsrate, wickelt, so dass Wachstum, sie sich etc.) nicht gegen mehr einen erfolgreich Umweltfaktorgra- paaren dienten wird als Toleranzkurve bezeichnet. ⇒ Abbildung 2.3 zeigt schematisch konnten. eine Neuere solche genetische Toleranzkurve Untersuchungen für das Beispiel der Reaktion bestäti- eines Organismus auf die Variation des Umweltfaktors Temperatur. gen die Hypothese von Stebbins und liefern uns damit eine „Momentaufnahme“ des Prozesses der Artbildung. Adaptationen spiegeln Kompromisse und Einschränkungen wider 2.9 Seine ererbten Eigenschaften verdankt jeder Organismus den „Generationen der Vergangenheit“. Tatsächlich waren es die Vorfahren, die den Prozess der natürlichen Selektion durchlaufen haben und dabei die Eigenschaften, die ihre heutigen Nachkommen auszeichnen, erwarben. Es sind die Eigenschaften, die es dem Organismus erlauben, mit seinen gegenwärtigen Umweltbedingungen zurechtzukommen. Solange Abbildung diese ähnlich 2.2: Willie Shoemaker sind wie und Wilt bei Chamberlain. den Generationen seiner Vorfahren, bleibt das Individuum an seine Umwelt angepasst. Ändern sich jedoch die Umweltbedingungen in bedeutendem Ausmaß, dann sind die Reproduktion und sogar das Überleben eines einzelnen Individuums in Gefahr (siehe Abbildung 2.3). Jede ererbte morpho- Vitalität Abiotische Umweltfaktoren 2.9 Adaptationen spiegeln Kompromisse und Einschränkungen wider G = Grenze der Lebensfähigkeit (Pessimum) W = Wachstum R = Reproduktion O = Optimum G W R O R W G Umweltgradient (Temperatur) Abbildung 2.3: Beispiel einer Toleranzkurve für die Reaktion eines Organismus auf Abbildung 2.19: Reaktion eines Organismus auf einen Umwelt- die Variation des Faktors Temperatur. Die Endpunkte der Kurve geben die Ober- und Untergrenze gradienten, für das zum Überleben Beispiel des ein Organismus solcher an (G). der Innerhalb Temperatur. dieser Spanne Die End- kann der punkte Organismus der Kurve wachsen geben (W) und die sich Ober- reproduzieren und Untergrenzen (R). zum Überleben an (G). Innerhalb dieser Spanne kann der Organismus wachsen (W) und sich reproduzieren (R). An den Eckpunkten erreicht jeder Organismus seine Toleranzgrenzen, in diesem Fall die minimale beziehungsweise maximale vom jeweiligen Organismus tolerierte Temperatur (Tmin und Tmax ). Diese Eckpunkteeinen können Anpassungswert hinsichtlich ihrer im absoluten Sinne Lage der bei Fitness unterschiedlichen (siehe betrachteten Arten relativ verschieden sein (Vgl.: Eisbär und Wüsteneidechse). Abschnitt Im 2.1) gesamten besitzt Temperaturbereich oder eine Überlebenschance zwischen Tmin und hat Tmax , Toleranzbereich oder nicht. oder Toleranzbreite genannt, ist für den Organismus ein Überleben möglich. Die Breite des Toleranzbereichs schwankt bei verschiedenen Hätte die Arten Erde teilweise eine erheblich. einzige Arten große mit und einem konstante breiten Toleranzbereich werden als euryök (im Falle des Umweltfaktors Tempe- homo gene Umwelt, dann könnte womöglich ein einratur konkreter als eurytherm), solche mit schmalem Toleranzbereich als zelner stenök Genotyp (beziehungsweise mit einer stenotherm) spezifischen bezeichnet. Kombination Jenseits des Toleranzbereichs ist ein Überleben für Organismen der jeweils von Merkmalen betrachteten Art allen nicht mehr anderen möglich. Organismen Innerhalb des in Toleranz- der bereichs Fähig keit, schließt sich sich zu sowohl entwickeln, bei Tmin als zu auch reproduzieren bei Tmax ein Bereich und an, in dem der Organismus zwar überleben kann, in dem jedoch weder Wachstum zu überleben, noch größere überlegen körperliche sein. Aktivität Doch dies möglich ist ist nicht und inner- der halb Fall dessen – die Umweltbedingungen viele Arten Phänomene wie verändern Kälte- oder sich Wärmestarre ständig. (= Torpor) zeigen. Dieser Bereich wird als Pessimum bezeichnet. Weiter zur Deshalb Mitte des wird Diagramms die natürliche und für Selektion den Organismus bei sich zu günstigeren ändern- Umweltbedingungen hin, erreicht man eine Grenze, innerhalb deden Umweltbedingungen auch immer wieder unterrer der Organismus nicht nur in der Lage ist zu überleben, sondern darüber schiedliche hinaus genügend Merkmalseigenschaften Ressourcen zur Verfügung hervorbringen. hat, um sich zu reproduzieren. Um Im Zentrum auf seine eines Umwelt Umweltfaktorengradienten reagieren zu befindet können, sich stehen der Vorzugsbereich einem Organismus (Präferendum) nicht des betrachteten unendlich Organismus. viele Möglich- Für jede Art kennzeichnet dieser Bereich ein Temperaturintervall, innerhalb dessen keiten die zur Individuen Verfügung. der Art Er eine ist besonders je nach gute Art in Anpassung eine mehr besitzen. Das Optimum (O) bezeichnet diejenige Temperatur, bei der der oder weniger breite Umweltfaktorenkonstellation ein- Organismus am besten angepasst ist und die höchste Intensität seiner Lebensprozesse gebunden. Im erreicht. Zentrum eines Umweltfaktorengradien- Die Abbildung ist selbstverständlich stark schematisiert und kann in ihrem ten befindet Verlauf, je sich nach betrachteter sein Vorzugsbereich Art und betrachtetem ( Präferendum), Umweltfaktor, an sehr den unterschiedlich Eckpunkten sein. erreicht So können er seine die Kurvenverläufe Toleranzgrenzen. mehr oder weniger stark „verzerrt“, abgeflacht oder verbreitert sein, der generelle Verlauf Jenseits entspricht davon jedoch ist dem ein allgemein Leben für beschriebenen ihn nicht Typ. möglich ( Abbildung 2.19). Solche Grenzen sind Kompromisse aufgrund von adaptiven Zwängen. Die Eigen- schaften, die es einem Individuum ermöglichen, unter 13 bestimmten Umweltbedingungen erfolgreich zu sein, begrenzen zumeist auch den möglichen Erfolg unter
14 2 Abiotische Umweltfaktoren – ihr Einfluss auf das Leben Abbildung 2.4: Im heißen Wasser eines Geysirs in Nevada (USA) wachsen orangefarbene und gelbe Bakterienkolonien. unigen chemische Reaktionen durch das Absenken von Energiebarrieren tät Reaktionsgeschwindigkeit Reaktionsgeschwindigkeit 0 Temperaturoptimum für ein typisches Enzym des Menschen Temperaturoptimum für ein Enzym eines thermophilen Bakteriums 20 40 60 80 100 Temperatur (°C) Abbildung pH-Optimum 2.5: Temperaturoptimum von pH-Optimum für die von Enzymaktivität beim Pepsin Menschen (Magenenzym) und bei Trypsin einem (Darmenzym) thermophilen Lebewesen. 2.1 Abiotischer faktor Temperatur Welchen Einfluss hat die Temperatur auf das Vorkommen und die Verbreitung einzelner Organismenarten? Inwiefern werden physiologische und verhaltensbiologische Prozesse durch die jeweilige Umwelttemperatur bestimmt? Diese und andere bedeutenden Zusammenhänge zwischen Temperatur und Individuum werden im folgenden Abschnitt näher beleuchtet und erklärt. Leben ist nur in bestimmten Temperaturbereichen möglich. Zellen können absterben, wenn das in ihnen enthaltene Wasser bei Temperaturen unter 0 °C gefriert, und die Proteine der meisten Organismen denaturieren bei Temperaturen über 45 °C. Nur wenige Organismenarten mit hochspezialisierten Anpassungen können bei sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen einen aktiven Stoffwechsel aufrechterhalten, so zum Beispiel thermophile Bakterien, die in Geysiren leben (⇒ Abbildung 2.4). Ihr Leben findet in einem Temperaturbereich statt, den andere Organismenarten nicht mehr tolerieren können. Die meisten Organismenarten zeigen ihre höchste Stoffwechselrate in einem ganz bestimmten, eingeschränkten Temperaturbereich. Liegt die Umgebungstemperatur außerhalb davon, sind manche Tierarten – insbesondere Säugetiere und Vögel – gezwungen, ihre Körpertemperatur mit zusätzlichem hohem Energieaufwand konstant zu halten. Der Prozess, durch den Tiere ihre Körpertemperatur innerhalb eines für sie tolerierbaren Bereichs halten, wird als Thermoregulation bezeichnet. Thermoregulation ist für das Überleben eines Organismus von größter Bedeutung, weil die meisten biochemischen und physiologischen Prozesse sehr empfindlich auf Veränderungen der Körpertemperatur reagieren. Schon 10 °C Temperatursenkung verringern die Geschwindigkeiten der meisten chemischen Reaktionen – und nichts anderes sind die oben genannten ständig in jedem Lebewesen ablaufenden Prozesse – um den Faktor 2–3. Man spricht in diesem Zusammenhang von der RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur- Regel). ⇒ Abbildung 2.5 verdeutlicht diesen Zusammenhang am Beispiel des Temperaturoptimums für die Enzymaktivität beim Menschen und bei einem thermophilen Bakterium. Enzyme sind Proteine, die chemische Reaktionen katalysieren und auf diese Weise die Stoffwechselprozesse in lebenden Organismen in außerordentlichem Maße beschleunigen. Bei niedrigen Temperaturen ist die Enzymaktivität (und damit auch die Reaktionsgeschwindigkeit) jedoch sehr gering. Aus diesem Grunde halten sich potenziell verderbliche Lebensmittel, wie beispielsweise Milch, weitaus länger, wenn man sie im Kühlschrank aufbewahrt: Die Enzyme von in der Milch enthaltenen Milchsäurebakterien arbeiten aufgrund der niedrigen Temperatur so langsam, dass der Prozess des „sauer Werdens“ erheblich langsamer abläuft als bei Raumtemperatur. Umgekehrt sind jedoch der Reaktionsgeschwindigkeitserhöhung durch Temperatursteigerung Grenzen gesetzt. Wenn die Temperatur zu stark ansteigt, werden Proteine durch die Hitze funktionsuntüchtig gemacht (denaturiert). Dieser Prozess ist jedem bekannt, der schon einmal Eier gekocht oder in der Pfanne gebraten hat und darüber hinaus nicht umkehrbar: So wird ein einmal gekochtes Ei bekanntlich weder durch Abkühlen noch durch
Seite 2 und 3: Kapitel 2 Abiotische Umweltfaktoren
Seite 6 und 7: andere Behandlung wieder roh. Aus d
Seite 8 und 9: Oberfläche und Volumen von Lebewes
Seite 10 und 11: in den Venen, das aus den Extremit
Seite 12 und 13: Einige wirbellose Wattbewohner der
Seite 14 und 15: 54 sernachführung. Sie hängt von
Seite 16 und 17: miteinander verbunden. An der Wasse
Seite 18 und 19: iese Barriere, ein schmales Band au
Seite 20 und 21: Kohäsion der Flüssigkeitsteilchen
Seite 22 und 23: eter Niederschlag, und den Sommermo
Seite 24 und 25: „Velamen radicum“ bei Orchideen
Seite 26 und 27: 45.1 Osmoregulation: Gleichgewicht
Seite 28 und 29: mit den Lichtreaktionen. Wiederholu
Seite 30 und 31: ten. In Richtung der Pole nehmen di
Seite 32 und 33: In der Dunkelreaktion erfolgt 4 ans
Seite 34 und 35: Die Beziehung zwischen der Lichtver
Seite 36 und 37: Anpassungen an hohe und niedrige St
Seite 38 und 39: und von Individuum zu Individuum un
Seite 40 und 41: hende Bäume der Offenlandschaft od
Seite 42 und 43: 1564 Struktur und Verbreitung der t
Seite 44 und 45: 2.5.2 Unregelmäßige Klimaschwanku
Seite 46 und 47: oder Bodenhorizonte sind bei frisch
Seite 48 und 49: 2.6.4 Pflanzen passen sich variiere
Seite 50 und 51: gelangt innerhalb seines Verbreitun
Seite 52 und 53: Die Brände im Yellowstone-National
Seite 54 und 55:
fasst diejenigen Wellenlängenberei
Alle anzeigen

Ökologie - Biologie für die Oberstufe

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?