Einführung in Temperatur, Tropismus und Nahrungsbeziehungen

Temperatur: Definition und Bedeutung

Die Temperatur ist eine physikalische Größe, die unsere alltäglichen Vorstellungen von „heiß“ und „kalt“ quantifiziert. In der Regel hat ein Objekt, das als „heißer“ empfunden wird, eine höhere Temperatur.

Physikalische Grundlagen der Temperatur

Physikalisch gesehen ist die Temperatur eine skalare Größe, die eng mit der inneren Energie eines thermodynamischen Systems zusammenhängt. Genauer gesagt, ist sie direkt mit dem Teil der inneren Energie verbunden, der als „fühlbare Wärme“ oder „sensible Energie“ bezeichnet wird. Diese Energie ist mit der Bewegung der Teilchen (Atome oder Moleküle) im System assoziiert, sei es als Translations-, Rotations- oder Schwingungsenergie. Je mehr sensible Energie ein System besitzt, desto „heißer“ ist es, was einer höheren Temperatur entspricht.

Bei Festkörpern handelt es sich bei diesen Bewegungen hauptsächlich um Schwingungen der Teilchen um ihre festen Positionen im Gitter. Bei einem einatomigen idealen Gas ist es primär die Translationsbewegung der Teilchen; für mehratomige Gase müssen auch Rotations- und Schwingungsbewegungen berücksichtigt werden. Somit kann die Temperatur als ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen, also als Quantifizierung der molekularen Aktivität der Materie, definiert werden.

Messung und Auswirkungen der Temperatur

Die Entwicklung von Techniken zur Temperaturmessung hat einen langen historischen Prozess durchlaufen, da es notwendig war, der intuitiven Vorstellung von „kalt“ oder „warm“ einen numerischen Wert zuzuordnen.

Viele physikalisch-chemische Eigenschaften von Materialien oder Stoffen variieren mit der Temperatur. Dazu gehören ihr Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig, Plasma), ihr Volumen, ihre Löslichkeit, ihr Dampfdruck, ihre Farbe oder ihre elektrische Leitfähigkeit. Die Temperatur ist auch einer der entscheidenden Faktoren, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen beeinflussen.

Reizantworten: Tropismus und Taxien

Tropismus: Pflanzliche Wachstumsreaktionen

Ein Tropismus ist eine hormonell gesteuerte Wachstumsreaktion einer Pflanze, die durch einen äußeren Reiz ausgelöst und in ihrer Richtung beeinflusst wird. Pflanzen besitzen keine Sinnesorgane im tierischen Sinne und können ihren Standort nicht aktiv wechseln. Dennoch können Pflanzen, ähnlich wie Tiere, Veränderungen in ihrer Umwelt wahrnehmen und darauf reagieren. Die häufigste Reaktion bei Pflanzen ist ein langsames Wachstum in eine bestimmte, durch den Reiz definierte Richtung.

Man unterscheidet:

• Positiver Tropismus: Die Pflanze wächst auf den Reiz zu.
• Negativer Tropismus: Die Pflanze wächst vom Reiz weg (dem Reiz entgegengesetzt).

Arten des Tropismus

Zu den wichtigsten Arten des Tropismus gehören:

• Phototropismus: Richtungsänderung des Wachstums als Reaktion auf Lichtreize. Stängel wachsen meist positiv phototrop (zum Licht), Wurzeln negativ phototrop oder sind unempfindlich.
• Geotropismus (Gravitropismus): Reaktion auf die Schwerkraft. Wurzeln zeigen typischerweise positiven Geotropismus (wachsen in Richtung der Schwerkraft), Sprossachsen negativen Geotropismus (wachsen entgegen der Schwerkraft).
• Heliotropismus: Ausrichtung von Blättern und Blüten zur Sonne im Tagesverlauf. Dies ist oft eine Kombination aus Phototropismus und inneren Rhythmen.
• Hydrotropismus: Wachstum der Wurzeln in Richtung von Feuchtigkeit oder Wasserquellen.
• Chemotropismus: Wachstumsreaktion auf chemische Substanzen in der Umgebung, wie Nährstoffe, Gifte, gelöste Salze oder Sauerstoff.
• Thigmotropismus: Wachstumsreaktion auf Berührungsreize (physischen Kontakt), typisch für Ranken von Kletterpflanzen.

Taxien: Gerichtete Bewegungsreaktionen

Eine Taxie (Plural: Taxien) ist eine gerichtete, freie Ortsveränderung eines Organismus oder einer Zelle als Reaktion auf einen äußeren Reiz. Im Gegensatz zum Tropismus, der ein gerichtetes Wachstum ist, handelt es sich bei Taxien um aktive Bewegungen des gesamten Organismus oder mobiler Zellen.

Man unterscheidet:

• Positive Taxie: Der Organismus oder die Zelle bewegt sich aktiv auf den Reiz zu.
• Negative Taxie: Der Organismus oder die Zelle bewegt sich aktiv vom Reiz weg.

Nahrungsbeziehungen im Ökosystem

Die Nahrungskette: Grundlagen

Nahrungsketten stellen die linearen Nahrungsbeziehungen und den Energiefluss in einem Ökosystem dar. Jedes Glied der Kette ist mit dem nächsten durch Pfeile verbunden, die die Richtung des Energieflusses anzeigen und bedeuten „wird gefressen von ...“ oder „frisst ...“.

Eine typische Nahrungskette beginnt mit einem Produzenten (Erzeuger), meist autotrophen Organismen wie Pflanzen, die durch Photosynthese organische Substanz aufbauen. Darauf folgen die Konsumenten (Verbraucher):

• Primärkonsumenten: Pflanzenfresser (Herbivoren), die sich direkt von Produzenten ernähren.
• Sekundärkonsumenten: Fleischfresser (Karnivoren), die sich von Primärkonsumenten ernähren.
• Tertiärkonsumenten: Fleischfresser, die sich von Sekundärkonsumenten ernähren, und so weiter.

Destruenten (Zersetzer), wie Bakterien und Pilze, ernähren sich von abgestorbenen organischen Materialien (Detritus) aller trophischen Ebenen und führen die Nährstoffe wieder dem Kreislauf zu. Dieser Prozess ist Teil eines Stoffkreislaufs, bei dem die von Destruenten freigesetzten anorganischen Nährstoffe wieder von den Produzenten aufgenommen werden können, wodurch der Zyklus von Neuem beginnt.

Das Nahrungsnetz: Komplexe Beziehungen

In einer Biozönose (Lebensgemeinschaft) ernähren sich Populationen von Pflanzenfressern oft von verschiedenen Produzentenpopulationen, und Fleischfresser wiederum von verschiedenen Beutetierpopulationen. Die Nahrungs- oder trophischen Beziehungen sind daher meist viel komplexer als eine einfache, lineare Kette.

In der Realität existieren in einem Ökosystem zahlreiche miteinander verknüpfte Nahrungsketten. Diese komplexen Verflechtungen bilden ein Nahrungsnetz (auch trophisches Netz genannt).

Definition Nahrungsnetz

Ein Nahrungsnetz ist ein Modell, das die vielfältigen, miteinander verbundenen Nahrungsbeziehungen zwischen den verschiedenen Organismenarten innerhalb eines Ökosystems darstellt. Es zeigt, wie Energie und Nährstoffe durch das Ökosystem fließen, und verdeutlicht die Abhängigkeiten der Arten voneinander.