Ökologie

Organismen leben in ständiger Wechselwirkung mit ihrer Umwelt und die Ökologie untersucht genau diese Wechselwirkungen. In diesem Beitrag werden wir folgende Punkte besprechen:

  1. Womit befasst sich die Ökologie?
  2. Was sind Toleranzkurven und wie interpretiert man diese?
  3. Welche Abiotische Umweltfaktoren gibt es?
  4. Welche Biotische Umweltfaktoren gibt es?

Womit befasst sich die Ökologie?

In der Autökologie befassen wir uns mit der Wechselwirkung eines Organismus mit seiner Umwelt. Dabei möchte man wissen, wie ein Organismus auf Veränderungen der Umwelteinflüsse reagiert. Hierfür werden Toleranzen und Reaktionsnormen der Organismen bezüglich der jeweiligen Umweltfaktoren untersucht.

Organisationseinheiten der Biosphäre

In der Ökologie bildet ein Individuum die kleinste bzw. unterste Betrachtungseinheit. Auf dieser Ebene interessieren uns die Wechselwirkung von Individuen einer Art mit physikalischen (abiotischen) und lebendigen (biotischen) Umweltfaktoren.

Frage: Bildet ein Individuum nicht immer die kleinste Betrachtungseinheit?
Nicht unbedingt. In der Zellbiologie bilden die Makromoleküle und Zellorganelle die unterste Betrachtungseinheit. In der Genetik sind es Basentripletts und Gene, während bei der Evolutionstheorie einzelne Populationen untersucht werden.

Individuen einer Art, die in einem geographisch begrenzten Gebiet leben, bilden eine Population. Eine Besonderheit von Populationen ist, dass sich ihre Individuen unter einander fortpflanzen können. Es ist klar, dass die biotischen und abiotischen Faktoren einen großen Einfluss auf die Individuenzahl einer Population haben können. Wenn es richtig schlimm läuft, kann die Population sogar aussterben.

Wie werden die entsprechenden Forschungsgebiete der Ökologie genannt?

Die Autökologie befasst sich mit der Wechselwirkung eines Individuums mit seiner Umwelt.

Die Populationsökologie hingegen befasst sich mit der Wechselwirkung der Population mit den abiotischen und biotischen Umweltfaktoren.

Eine Lebensgemeinschaft (Biozonöse) ist die Ansammlung der Populationen von allen Arten, die im gleichen Lebensraum (Biotop) leben, z. B. in einem See. Alle Tier- und Pflanzen-Populationen, die in einem See leben, bilden also eine Lebensgemeinschaft (Biozonöse). Der See (ohne die Organismen) wäre dann das Biotop.

Und was ist ein Ökosystem?

Ganz einfach! Ökosystem = Biotop + Biozonöse. In unserem Beispiel bildet der See mit allen in ihm lebenden Organismen ein Ökosystem. Mehrere Ökosysteme bilden ein Biom und alle Biome des Planeten bilden die Biosphäre.

Was sind Toleranzkurven und wie interpretiert man diese?

Die Ökologie befasst sich mit der Wechselwirkung von Organismen mit ihrer Umgebung. Dabei können diese Umgebungsfaktoren sowohl physikalische Faktoren als auch andere lebende Organismen sein.

Die Naturwissenschaften treffen ihre Aussagen durch Experimente mit messbaren Größen. Um die Einflüsse der Umweltfaktoren auf Organismen studieren zu können, müssen diese zuerst messbar gemacht werden. Eine Möglichkeit hierzu ist die Messung der Reaktion eines Organismus auf Veränderungen von Umweltfaktoren.

Ein Beispiel: verschiedene Pflanzenarten benötigen unterschiedlich viel Wasser um zu überleben. Wenn wir nun die Menge des Wassers verändern, reagieren diese Pflanzen unterschiedlich. Einige wachsen und produzieren Blüten, einige welken und einige können dabei sogar darauf gehen (sterben).

Wenn man die Aktivität eines Organismus für unterschiedliche Werte eines Umweltfaktors aufzeichnet, erhält man eine sogenannte Toleranzkurve.

Toleranz
Schematische Darstellung einer Toleranzkurve.

Was ist hier mit Aktivität gemeint?

Die Aktivität ist hier kein klar definierter Begriff. Es kann z. B. die Beweglichkeit von Organismen oder ihre Stoffwechselrate (z. B. Energieproduktion bzw. Energieverbrauch) darstellen.

Die Idealform einer Toleranzkurve stellt eine Glocke, die nach unten geöffnet ist. In der Regel aber ist die Toleranzkurve entsprechend verformt und nicht symmetrisch.

Der Bereich um die niedrigsten Werte des Umweltfaktors nennt man das Minimum. Dieser Bereich ist mit einem A in der Abbildung dargestellt. In diesem Bereich ist die Aktivität eines Organismus extrem niedrig. Einige Lebewesen können für kurze Zeit in diesem Bereich überleben. Dauert dies länger an, so führt dies zum Tod des Organismus. Der Bereich um das Minimum wird auch als das Pessimum bezeichnet.

Der Bereich um die höchsten Werte des Umweltfaktors nennt man das Maximum. Dieser Bereich ist mit einem D in der Abbildung dargestellt. In diesem Bereich ist die Aktivität eines Organismus extrem niedrig. Einige Lebewesen können für kurze Zeit in diesem Bereich überleben. Dauert dies länger an, so führt dies zum Tod des Organismus. Der Bereich um das Maximum wird auch als das Pessimum bezeichnet.

Der Bereich mit der höchsten Aktivität des Organismus nennt man das Optimum. Dieser Bereich ist mit einem F in der Abbildung dargestellt. Dieser Bereich liegt immer zwischen dem Maximum und dem Minimum (aber nicht zwangsläufig exakt in deren Mittelpunkt!).

Der Bereich mit der höchsten Aktivität des Organismus nennt man das Optimum. Organismen tendieren dazu sich in den Bereichen aufzuhalten, wo optimale Umweltfaktoren herrschen. Diese Bereiche um das Optimum einer Toleranzkurve bezeichnet man als den Vorzugsbereich oder auch den Präferenzbereich (Präferendum). Dieser Bereich befindet sich in der Abbildung zwischen G und H.

Der Bereich zwischen dem Minimum und dem Maximum wird als der Toleranzbereich bezeichnet. Organismen mit einer breiten Toleranzkurve bezeichnet man als euryök (gelbe Kurve). Ist die Toleranzkurve schmaler, dann spricht man von stenöken Arten (grüne Kurve).

Die Toleranz wird in der Ökologie auch als die Potenz einer Art bezeichnet. Jetzt kommen wir aus unserem Labor heraus und untersuchen die Organismen in ihrer Umwelt. Wird nun eine einzelne Art ohne andere Arten betrachtet spricht man von der physiologischen Potenz (gelbe Kurve). Es stellt sich aber heraus, dass sich (in der Realität) eine Art immer mit anderen Arten in Konkurrenz befindet. Daraus ergibt sich eine schmalere Toleranzkurve, die jetzt auch die biotischen Faktoren mitberücksichtigt. Diese Toleranz einer Art in ihrer natürlichen Umgebung wird als die ökologische Potenz bezeichnet (grüne Kurve).

Was sind Zeigerarten?

Da stenöke Arten eine schmale ökologische Potenz haben, kann ihr Vorkommen dazu verwendet werden, um Rückschlüsse auf die vorherrschenden Umweltbedingungen zu ziehen. Dies ist sehr ähnlich zur Verwendung von Leitfossilien zur Bestimmung des relativen Alters geologischer Schichten (s. Evolutionstheorie). Solche Organismen werden als Zeigerorganismen oder Bioindikatoren bezeichnet. Was glaubst du, welche der gezeigten Kurven in der Abbildung (gelb oder grün) passt besser zu einem Zeigerorganismus?

Die gelbe Toleranzkurve gehört einem euryöken Organismus. Diese sind nicht als Bioindikatoren geeignet.

Die grüne Toleranzkurve gehört einem stenöken Organismus. Diese sind gut als Bioindikatoren geeignet.

Was ist besser? Euryök oder Stenök?

Das hängt von der Umwelt ab! Obwohl euryöke Arten flexibler gegen Umweltveränderungen reagieren und Schwankungen der abiotischen Faktoren gut aushalten, sind sie i. d. R. den gut angepassten und spezialisierten stenöken Arten unterlegen. In Zeiten größer Schwankungen der Umweltfaktoren sind euryöke Arten bevorzugt. In Zeiten der stabilen Umweltbedingungen haben stenöke Arten bessere Chancen. (Merk dir das für die Evolutionstheorie)

Welche Abiotische Umweltfaktoren gibt es?

Abiotische Umweltfaktoren, sind physikalische (nicht-lebendige) Umweltfaktoren. Dazu zählen Temperatur, Sonnenlicht, Wasser, pH-Wert u. v. m. Durch Studium der Wechselwirkung von Arten mit diesen abiotischen Faktoren, können Wissenschaftler vieles über die Verbreitung und den Lebensraum von Organismen lernen.

Welche Biotische Umweltfaktoren gibt es?

Biotische Umweltfaktoren, sind lebende Umweltfaktoren, also andere Lebewesen. Dazu zählen Individuen der gleichen Art, sowie Räuber- bzw. Beutetieren. Auch Parasiten zählen zu den biotischen Faktoren. Durch Studium der Wechselwirkung von Arten mit diesen biotischen Faktoren, können Wissenschaftler vieles über die Lebensweisen und den Lebensraum von Organismen lernen.

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