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Biologie: 10. Klasse | Umwelt eines Lebewesens

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Umwelt eines Lebewesens

Umweltfaktor Licht

Bei der Betrachtung der Auswirkung von Licht muss man sowohl auf die Qualität als auch auf die Quantität achten. Die Qualität beschreibt die Wellenlänge des sichtbaren Lichts und die Quantität die Beleuchtungsstärke.

Fotosynthese

Reaktionsgleichung der Fotosynthese (Der Sauerstoff stammt aus dem Wasser)

Für die Fotosynthese ist die Wasser- und Kohlenstoffdioxidversorgung wichtig. Auf Pflanzen wirken aber noch andere abiotische und biotische Faktoren ein.

Übersicht einiger abiotischer und biotischer Faktoren
Abiotische FaktorenBiotische Faktoren
  • Sauerstoff-, Kohlenstoffdioxidversorgung
  • Niederschlag/Wasser
  • Schadstoffe
  • Temperatur
  • Sonnenlicht
  • Wind
  • Boden
  • Tiere als Bestäuber
  • Schädlinge
  • weitere Pflanzen als Konkurrenten
  • Bodenlebewesen
  • (Mensch)

Ernst Haeckel prägte den Begriff Ökologie: „ Die Lehre vom Haushalt der Natur.“

Ein Teil der Glucose, die bei der Fotosynthese gebildet wird, verbraucht die Pflanze bei der Zellatmung: Reaktionsgleichung der Zellatmung

Damit die Pflanze aber wachsen kann, muss sie am Tag durch Fotosynthese mehr Glucose bilden, als sie durch die Zellatmung verbraucht. Wenn dies der Fall ist, liegt eine positive Nettofotosyntheserate vor (=positive Energiebilanz).

Diagramm der Photosynthesenrate von Sonnen- und Schattenpflanzen
Abb. 6: Diagramm der Photosynthesenrate von Sonnen- und Schattenpflanzen[2]

Die Fotosyntheserate wird an der CO2-Aufnahme oder an der O2-Abgabe gemessen.

Beim Schnittpunkt mit der x-Achse (0-Linie) liefert die Zellatmung so viel Kohlenstoffdioxid, wie gerade bei der Fotosynthese verarbeitet werden kann oder die Sauerstoffproduktion ist gleich der Sauerstoffverbrauch bei der Zellatmung. In beiden Fällen kann keines von beiden gemessen werden.

Schattenpflanzen erreichen schon bei geringer Beleuchtungsstärke ihre maximale Fotosyntheseleistung. Dies ist eine Anpassung an ihren Standort.

Ein Sonnenblatt hat eine doppelte Palisadenzellschicht mit vielen Chloroplasten, wodurch eine hohe Fotosyntheserate erreicht werden kann. Schattenblätter haben diese Zellschicht nicht, wodurch sie nur zu einer niedrigen Fotosyntheserate fähig sind.

Bei sehr hohen Beleuchtungsstärken sinkt die Fotosyntheseleistung wieder.

Streben nach Licht

Im Laufe der Evolution haben sich bei den Pflanzen unterschiedliche Strategien entwickelt, um an Licht zu gelangen, damit sie die optimale Fotosyntheserate erreichen können:

Licht steuert auch viele Lebensvorgänge bei Tieren und Pflanzen:

Umweltfaktor Temperatur

Fotosyntheserate bei unterschiedlichen Temperaturen
Abb. 7: Fotosyntheserate bei unterschiedlichen Temperaturen[3]

Die Fotosynthese und Atmung ist abhängig von der Temperatur. Bei chemischen Reaktionen steigt die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturerhöhung von 10°C um das Doppelte. Der Rückgang der Fotosyntheserate erklärt sich dadurch, dass Enzyme (Biokatalysatoren) wirksam sind. Diese Enzyme (=Proteine) denaturieren bei höheren Temperaturen, d.h. sie werden zerstört.

Beziehungen in den Biozönosen

Pflanzen und Tiere haben unterschiedliche Fressfeinde. Tiere und Menschen leben heterotroph, d.h. sie nehmen energiereiche organische Stoffe auf, während grüne Pflanzen autotroph leben und die energiereichen organischen Stoffe selbst herstellen. Dadurch sind sie Produzenten und Tiere sowie Menschen Konsumenten.

Pflanzen können sich vor Fressfeinden schützen, indem sie z.B. giftige Drüsen ausbilden. Tiere fressen auch andere Tiere; dabei gibt es unterschiedliche Methoden der Nahrungsbeschaffung:

Population

Eine Population umfasst alle in einem relativ abgeschlossenem Gebiet vorkommenden Lebewesen einer Tier- oder Pflanzenart. Die Lebewesen dieser Art können sich uneingeschränkt untereinander fortpflanzen, d.h. sie besitzen einen gemeinsamen Genpool.

Populationszyklen beim Räuber und bei der Beute
Abb. 8: Populationszyklen beim Räuber und bei der Beute[4]

Die Populationskurven der Räuber und der Beute schwanken mit jeweils konstanter Zykluslänge und -amplitude um einen Mittelwert; dies geschieht allerdings phasenverschoben. In beiden Populationen treten periodische Bevölkerungszyklen auf.

Pflanzen an besonderen Standorten – „Fleischfressende Pflanzen“

Fleischfressende Pflanzen sind konkurrenzschwach. Sie wachsen an Standorten, an denen andere Pflanzen wegen dem Mangel an Stickstoffverbindungen kaum vorkommen. Diese holen sich die fleischfressenden Pflanzen aus den Proteinen ihrer Beute. Dabei erfolgen das Fangen und „Verdauen“ auf sehr unterschiedliche Art und Weise.

Symbiose

Die Symbiose ist ein Zusammenleben zweier Organismen verschiedener Arten, wo die beiden Partner aus dieser Gemeinschaft einen Nutzen ziehen können.

Beispiel: Flechten (Pilz – Algen)
Schaubild der Symbiose in einer Flechte
Abb. 9: Symbiose in einer Flechte

Der Pilz ist ein heterotrophes und die Algen ein autotrophes Lebewesen. Der Pilz bietet den Algen Schutz, Mineralstoffen und Kohlenstoffdioxid, während diese Fotosyntheseprodukte und Sauerstoff liefern.

Beispiel: Algen und Polypen der Korallen
Schaubild der Symbiose von Algen und Polypen
Abb. 10: Symbiose von Algen und Polypen

Die Alge liefert energiereiche Stoffe sowie Sauerstoff und der Polyp bietet einen „Wohnort“ sowie Kohlenstoffdioxid.

Beispiel: Mykorrhiza („Pilzwurzel“) – Symbiose zwischen Pilz und Baum
Schaubild einer Mykorrhiza
Abb. 11: Schaubild einer Mykorrhiza

Der Pilz versorgt den Baum mit Mineralstoffen und Wasser. Dieser liefert energiereiche organische Stoffe aus der Fotosynthese und Schutz.

Parasitismus

Unter Parasitismus versteht man, dass ein Lebewesen sich auf Kosten eines anderen Organismus ernährt bzw. lebt. Dadurch wird ein Teilnehmer in dieser Beziehung nachhaltig geschädigt.

Ein „guter Parasit“ schädigt den Wirt nicht so stark, dass dieser stirbt. Parasiten können auch Krankheitserreger übertragen wie z.B. die Zecke.

Beispiele

Beim Menschen gibt es unter anderem: Fußpilz und andere Pilzkrankheiten, die Zecke und den Bandwurm. Bei Pflanzen kommt zum Beispiel Mehltau (Pilz) vor.

Stoffkreislauf

Stoffkreislauf zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten
Abb. 12: Stoffkreislauf zwischen Produzenten (P), Konsumenten (K) und Destruenten (D)
Konkurrenz und Koexistenz – ökologische Nische

Die ökologische Nische ist die „Berufs-/Planstelle“ eines Lebewesens. Bei einem Baum gibt es für unterschiedliche Tiere unterschiedliche Nahrungsnischen:

Je ähnlicher die Umweltansprüche zweier konkurrierender Arten sind, desto geringer ist die Möglichkeit, dass beide dauerhaft im gleichen Biotop nebeneinander existieren. Die konkurrenzstärkere Art wird die andere verdrängen. Dies nennt man Konkurrenzausschluss-Prinzip.

Wälder – typisches Ökosystem Mitteleuropas

In Mitteleuropa waren sommergrüne Laubwälder der ursprüngliche Wald. In den deutschen Mittelgebirgen sind dies vor allem Buchen- und Eichenwälder.

Stockwerke eines Waldes

Ein Wald besteht aus verschiedenen Stockwerken:

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