Umweltwissenschaften: Ökologie

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1 Umweltwissenschaften: Ökologie Atmung und Gärung Quelle der Graphik: Atmung C 6 H 12 O O 2 >>> 6 CO H 2 O [30 ATP] G = kj /mol Milchsäure G. C 6 H 12 O O 2 >>> 2 C 3 H 6 O 3 [2 ATP] G = kj /mol Alkohol Gärung C 6 H 12 O O 2 >>> 2 CO C 2 H 6 O [2 ATP] G = kj /mol Methangärung C 6 H 12 O O 2 >>> 3 CO CH 4 G = kj /mol G.. Freie Enthalpie

2 Evolution Unter Evolution versteht man eine langsame beständige Entwicklung von einem niederen zu einem höheren Zustand. Es werden die Ursachen des Evolutionsvorgangs und die Abstammungsverhältnisse der Lebewesen untersucht. Die Evolutionstheorie liefert Erklärungen über die Entstehung des Lebens die individuelle und die erdgeschichtliche Entwicklung der Lebewesen die unterschiedlichen Formen der Lebewesen (Umwelt) die Entstehung der Artenvielfalt Man unterscheidet: Kosmische Evolution: Entstehung von Raum, Zeit und Materie vor etwa 18 Mrd. Jahren (E. Hubble 1929: Urknalltheorie) Chemische Evolution: Entstehung des Lebens auf der Erde Biologische Evolution: Entwicklung von der 1. Zelle vor ca. 3 Mrd. Jahren zu etwa ½ Mio. Pflanzen- und 1,5 Mio. Tierarten Koevolution (Pflanze-Insekt)

3 Faktoren der Evolution Art: alle Lebewesen, die ihren wesentlichen Merkmalen übereinstimmen und miteinander fruchtbare Nachkommen haben können. Population: Die Individuen einer Art, die zu gleicher Zeit in einem bestimmten Gebiet leben und sich miteinander fortpflanzen. Genpool: die Gesamtheit aller Gene bei den Individuen einer Population. Folgende Faktoren können Evolution, also Veränderungen im Genpool, bewirken (d.h. durch folgende Vorgänge werden bestimmte Gene vermehrt, während andere verschwinden) Mutation: Plötzlich eintretende Veränderungen in Chromosomen oder Genen Selektion: Natürliche Auslese durch Umwelteinflüsse, welche die Fortpflanzungsrate oder die Überlebenswahrscheinlichkeit verschiedener Genotypen unterschiedlich beeinflussen, dadurch werden vorteilhafte Eigenschaften ausgewählt. Gendrift: Durch Zufallswirkung (Seuchen, Unwetter,...) stirbt eine Gruppe von Trägern bestimmter Merkmale plötzlich aus, der überlebende Teil mit etwas anderer genetischer Zusammensetzung breitet sich aus, der Genpool ändert sich; Isolation: Gruppen von Individuen einer Art entwickeln sich unterschiedlich weiter, wenn sie voneinander getrennt werden. (z.b. durch Klimaveränderungen oder unterschiedliche Paarungszeiten) Symbiose Sukzession

4 Ö K O L O G I E

5 Klima und Körperbau Allensche Regel: Extremitäten sind umso kürzer, je kälter das Klima

6 Regelkreis und Rückkopplung Flamme Räuber und Beute Faktoren: variable (nahrungsangepasste) Geburtenraten und Sterberaten

7 Regelkreis und Rückkopplung Natürliche Vermehrung, schlechte Witterung, Nahrungsbedürfnis des Räubers Krankheit der Beute Wärmebedürfnis Wärmeverlust Beutepopulation zwischen zwei Extremen Raumtemperatur Dichteänderung der Beute Temperatur(änderung) Beutedichte im Gleichgewicht gewünschte Raumtemperatur (zur) Dichte des Räubers Regler Thermostat (Temperaturfühler) Aktuelle Dichte der Beute Aktuelle Raumtemperatur Häufigkeit des Zusammentreffens von Räuber und Beute Verstellmechanismus Nahrungsmangel bzw. -überfluß Anzahl der gefressenen Beutetiere Wärmezu- bzw. abfuhr Heizleistung (Temperaturkorrektur) am Heizgerät (Klimagerät)

8 Wechselbeziehungen

9 Kreislauf im Ökosystem Die Grundprozesse des Ökosystems sind: Energieaufnahme von der Sonne, Aufnahme von Nährstoffen zum Aufbau lebender organischer Substanz, Energiedurchsatz zur Lebenserhaltung, Zerlegung toter organischer Substanz und Freisetzung von Nährstoffen und Energie Mindestkomponenten eines Ökosystems: Produzenten, Destruenten, Nährstoffvorrat

10 Nahrungspyramide Mitteleuropäischer Wald Meer

11 Sukzession (Land-Ökosystem)

12 Energiekonsum im Zeitenwandel Energiefluß in kj pro Tag und Mensch