Ökologie fürs Abitur - Lernfolien

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Einführung in die Ökologie

Das Ökosystem

In der Biologie wird der Lebensraum von Lebewesen als Biotop bezeichnet. Die Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen in einem Lebensraum bilden eine Lebensgemeinschaft, die auch Biozönose genannt wird. Fasst man den Lebensraum und die Lebensgemeinschaft zusammen, so erhält man ein ganzes Ökosystem.Wichtig für ein Ökosystem sind dabei folgende Merkmale: offen: Ökosysteme sind offene Systeme. Somit tauschen Ökosysteme mit denen ihnen umgebenden Systemen Stoffe, Wärme etc. aus Ernährung: Die Organismen in einem Ökosystem kann man in der Regel in Erzeuger, Verbraucher und Zersetzer einteilen.

dynamisch:  Ökosysteme befinden sich meist nicht im Gleichgewicht, sondern es finden auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Ebenen Veränderungen statt. Es gibt langfristige Selbstorganisations- und Anpassungsprozesse, die ein Ökosystem immer verändern können. komplex: Ökosysteme haben unterschiedlichste Elemente und Strukturen; diese sind durch ein Netzwerk ökologischer Wirkungs- und Wechselwirkungsbeziehungen miteinander verbunden. Gliederung: Ökosysteme sind in der Regel in Schichten gegliedert. Bei einem Wald gibt es zum Beispiel eine Schicht auf bzw. unter der Erdoberfläche (Bodenschicht mit Wurzeln ), eine flache Krautschicht, eine Strauchschicht und darüber eine Baumschicht.

Übungsfragen

Am Ende dieser Einheit solltest du fähig sein diese Fragen zu beantworten: Was versteht man unter einer Nahrungskette? Was versteht man unter einem Nahrungsnetz? Erkläre den Zusammenhang zwischen Konsumenten, Destruenten und Produzenten. Was versteht man unter Eutrophierung? Wodurch kippt ein See um?

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Caption: : Gehe den Fragen auf den Grund!

Grundbegriffe der Ökologie

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Stoffkreislauf in einem Ökosystem

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Der Stoffkreislauf beschreibt in Ökosystemen den sich wiederholenden Vorgang der zyklischen Umwandlung von organischen und anorganischen Stoffen. Dabei wirken 3 Organismenarten im jeweiligen Ökosystem zusammen. Produzenten: primär Pflanzen und Algen. Sorgen durch ihr Wachstum bzw. ihre Vermehrung für eine hohe Produktion von Biomasse. Dazu benötigen sie lediglich Sonnenlicht und anorganische Stoffe (Nährstoffe), die sie aus ihrer Umwelt erhalten.  Konsumenten: mindestens zwei Teilgruppen: Pflanzen- (Herbivore) und Fleischfresser (Carnivore). Während sich die Pflanzenfresser von den Produzenten ernähren, fressen die Fleischfresser andere Konsumenten. Beispiele für Pflanzenfresser sind zum Beispiel Rinder, Grillen, Elefanten; Beispiele für Fleischfresser sind Eisbären, Krokodile, Frösche, Hunde etc.

Caption: : Ein beispielhafter Stoffkreislauf

Stoffkreislauf in einem Ökosystem

Destruenten:  Ihre Aufgabe ist der Abbau und die Remineralisierung von abgestorbenem, organischem Material. Sie zersetzen die toten Produzenten & Konsumenten, und wandeln sie wieder in anorganische Stoffe um, wodurch der Kreislauf geschlossen wird. Zu den Destruenten zählen insbesondere Bakterien und Pilze

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Ökosystem See (aquatisches System) I

Gesunder See: Prinzip des Fressens und Gefressen werden. In der Regel fressen größere Tiere die kleineren Tiere, >Nahrungskette: Pflanzliche Organismen > Pflanzenfresser > Fleischfresser Da ein fressendes Tier mehrere verschiedene Beutearten hat, spricht man oft auch von einem Nahrungsnetz anstatt von Nahrungskette. Pflanzliche Organismen in einem See nehmen die Nährsalze und Kohlendioxyd aus dem Wasser auf und produzieren Sauerstoff. Aus diesem Grund auch Produzenten (Hersteller) genannt. Sie stellen lebenswichtige Stoffe her.

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Caption: : Das aquastrische System

Ökosystem See (aquatisches System) I

Die Tiere im See ernähren sich von Pflanzen und Tieren und sind somit die Konsumenten (Verbraucher) des Sees.  3.Gruppe im See: Destruenten (Zerstörer). Sie bauen tote Pflanzen und Tiere ab und wandeln sie in anorganische Stoffe - zum Beispiel Kohlendioxyd und Salze - um. Und damit sind wir wieder am Anfang des Kreislaufes, denn nun können die pflanzlichen Organismen diese Stoffe wieder verbrauchen. Ziemlich cool: Hier kannst du ein Spiel dazu spielen und das Ökosystem im See versuchen zu kontrollieren! http://store.steampowered.com/app/341720/

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Ökosystem See II - Umkippung

Was passiert, wenn der Mensch schädlich auf das gesunde Ökosystem einwirkt und durch Schadstoffe belastet? Mancherorts: Industriereste direkt in die Umwelt/ins Abwasser gekippt anstatt vorher in die Kläranlage Ebenfalls negativ: Schifffahrt oder starke landwirtschaftliche Düngung (starke Hinzufügung von Nährstoffen). Durch die vielen Nährstoffe wachsen verstärkt Pflanzen und Algen, der See färbt sich grün (Eutrophierung). Dadurch steigt auch die Zahl der Fische, denn diese finden verstärkt Nahrung und vermehren sich. Sterben nun die Algen in Massen ab, werden diese von den Bakterien (Destruenten)  unter Verbrauch von Sauerstoff abgebaut

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Caption: : Ein See kippt um

Ökosystem See II - Umkippung

Durch den Verbrauch beim Zersetzen der toten Pflanzen/Algen wird soviel Sauerstoff verbraucht, dass die Tiere im See nicht mehr atmen können und ebenfalls sterben. Die Destruenten schaffen die große Anzahl an totem, organischem Material nicht mehr abzubauen, der Seeboden wird mit Tier- und Pflanzenleichen überdeckt. Es bildet sich Faulschlamm und schlecht riechende Gase (Schwefelwasserstoff und Methan). Gleichgewicht des Sees ist vollkommen aus den Fugen geraten: See ist "umgekippt"

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Caption: : Ein See kippt

In einem Lebensraum befindet sich eine dominante Tierart (Räuber), die eine andere Tierart frisst (Beute). Man geht dabei davon aus, dass sich sich die Räuber primär von dieser einen Art Beute ernährt. Die Räuber und die Beute sind somit voneinander abhängig. Die Anzahl der Räuber steigt, wenn die Anzahl der Beutetiere hoch ist, da viel Nahrung für die Räuber zur Verfügung steht. Da sich die Anzahl der Räuber durch mehr Nahrung vergrößert wird immer mehr Beute gejagt und der Bestand der Beute sinkt. Da nun weniger Beute verbleibt,  haben die Räuber weniger Nahrung und deren Bestand schrumpft. Durch weniger Räuber kann nun der Bestand der Beute wieder steigen.

Räuber-Beute-Beziehung

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Caption: : Die Anzahl der Räuber ist erhöht, wenn viel Beute zu fressen ist. Die Anzahl der Räuber sinkt, wenn wenig Futter vorhanden ist.

Lotka-Volterra-Regeln

Um den Zusammenhang zwischen Räuber und Beute deutlich beschreiben zu können, haben die Mathematiker Lotka und Volterra drei Regeln aufgestellt: Die Populationsdichten schwanken periodisch und sind zeitlich zueinander verschoben. Die Maxima der Beute- und der Räuberpopulation werden daher auch als Phasenverschoben bezeichnet. Vorausetzung dafür sind konstante Umweltbedingungen. Die über genügend lange Zeiträume gemittelten Größen  der Räuber- bzw. Beutepopulation sind konstant. Die Größe der Mittelwerte hängt nur von den Wachstums- und Schrumpfungsraten der Populationen, nicht aber von den Anfangsbedingungen ab. Je mehr Beute vorhanden ist, desto mehr Räuber können sich ernähren. Bei einer starken Verminderung der Anzahl von Räuber und Beute erholt sich die Population der Beute schneller als die der Räuber.

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Caption: : Lerntutorial zu den Regeln

Nahrungskette

Unter einer Nahrungskette versteht man eine Abfolge von Lebewesen, die in Bezug auf ihre Ernährung voneinander abhängig sind. Wichtig dabei ist, dass bei einer Nahrungskette eine Art von Lebewesen - und nicht mehrere - von einer anderen abhängt. Bei einer typischen Nahrungskette steht am Anfang eine Pflanze bzw. pflanzliches Produkt. Dieses wird von einem Pflanzenfresser gefressen. Und der Pflanzenfresser wird von einem Fleischfresser gefressen (bzw. dieser wiederum von einem anderen Fleischfresser). Pflanzen: Sind Produzenten in Ökosystemen. Von ihnen ernähren sich die Pflanzenfresser, welche oftmals auch als Primärkonsumenten bezeichnet werden. Pflanzenfresser: werden oftmals von Fleichfressern (Sekundärkonsumenten) aufgefressen. Tertiärkonsument: Wenn der Sekundärkonsument von einem anderen Fleischfresser aufgefressen wird. Endkonsument: Das letzte Glied der Nahrungskette

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Caption: : Eine Nahrungskette

Nahrungsnetz

In der Natur ernähren sich bestimmte Lebewesen nicht nur von einer einzigen Art, sondern von vielen verschiedenen Arten von Tieren oder Pflanzen. Diese Art des "Fressen und gefressen werden" ist deutlich komplizierter als eine einfach Nahrungskette und wird daher als Nahrungsnetz bezeichnet. Am Beispiel Meer soll ein solches Nahrungsnetz einmal verdeutlicht werden. Wie die Grafik zeigt, werden zum Beispiel Algen von Krebsen gefressen. Und Menschen essen wiederum Krebse. Zu dem wird aber auch tierisches Plankton von Ringelwürmern gefressen.

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Caption: : Nahrungsnetz Meer

Nahrungspyramide

Bei einer Nahrungspyramide versucht man die Menge der Nahrung in einer Übersicht zu zeigen. Um dies zu demonstrieren sehen wir uns eine Nahrungspyramide am Beispiel des Meeres einmal kurz an. Ganz oben bei der Nahrungspyramide steht zum Beispiel ein Raubwahl, der die eine Ebene tiefer liegenden Heringe frisst. Die Heringe wiederum fressen Zooplankton, welche wiederum Phytoplankton fressen. Dabei steigt die Anzahl der gefressenen Tiere zum unteren Ende der Pyramide stark an. So frisst ein Raubwahl deutlich weniger Heringe als Phytoplankton von Zooplankton gefressen wird.

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Caption: : Nahrungspyramide des Meeres

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Hast du alles verstanden? Teste dich!

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• Kennst du dich mit Ökologie aus? Quiz

Caption: : Was ist eine ökologische Niesche? Lernvideo