Grundlagen der Ökologie: Aufbau und Funktionen von Ökosystemen

Grundlagen der Ökologie: Wie das Leben organisiert ist

Biosphäre und Ökosysteme

Leben und Lebewesen sind die wichtigsten Merkmale unseres Planeten. Die Biosphäre umfasst alle Lebewesen auf der Erde. Ein Ökosystem ist eine Gemeinschaft von Organismen, die miteinander und mit ihrer physischen Umgebung interagieren, in der sie leben. Die Umwelt bedeutet, dass alle physikalischen, chemischen und biologischen Faktoren und Bedingungen die Existenz der Lebewesen ermöglichen, die sie bewohnen.

Biotop und Biozönose

Ein Biotop ist der Bereich mit einheitlichen Umwelteigenschaften, der von einer Lebensgemeinschaft besiedelt wird. Beispiele hierfür sind Pflanzen und Tiere in einem Park, aber auch Lebewesen außerhalb davon, wie etwa in der restlichen Stadt, der Gärtner auf unserer Terrasse, im Grünen oder in einer Lagune im Meer.

Die Biozönose (oder Lebensgemeinschaft) ist ein biologisches System, das von allen Lebewesen einer bestimmten Art und zu einer bestimmten Zeit gebildet wird.

Wechselwirkungen zwischen Biotop und Biozönose

Die Analyse der Interaktionen und Beziehungen, die sich zwischen Biotop und Biozönose entwickeln, lässt uns verstehen, dass Lebewesen und Pflanzen Teil desselben Ganzen sind: eines Ökosystems.

Umweltfaktoren

Lebewesen unterliegen vielen verschiedenen Faktoren. Dazu gehören der Einfluss der Temperatur, das Vorhandensein oder Fehlen von Wasser oder Wind, die Menge der Nährstoffe zu einer bestimmten Zeit sowie die Konkurrenz durch andere Lebewesen, die mit uns leben. Diese Umstände prägen die Umwelt, regulieren die Grenzen und beeinflussen das Bevölkerungswachstum. All diese Aspekte der Umwelt werden als ökologische Faktoren bezeichnet.

Abiotische Faktoren

Abiotische Faktoren sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Umwelt:

• Geographie: Topographie, Breite, Ausrichtung, Neigung
• Klimatische Faktoren: Temperatur, Feuchtigkeit, Wind, atmosphärischer Druck
• Bodenfaktoren: Bodenzusammensetzung und -struktur
• Chemische Faktoren: Bestandteile von Luft, Wasser und Boden

Lebewesen haben ihre Morphologie, ihr Verhalten und ihre Physiologie durch Anpassung an diese Faktoren verändert, um zu überleben.

Biotische Faktoren

Biotische Faktoren sind jene, die sich auf das Zusammenleben mit anderen Lebewesen im selben Medium beziehen. Die Organismen verschiedener Arten bilden eine Gemeinschaft und gehen eine Vielzahl von Beziehungen ein, die es ermöglichen, die Individuen der Gemeinschaft als eine Einheit zu betrachten.

Interspezifische Beziehungen

• Wettbewerb: Arten konkurrieren um dieselbe Art von Nahrung, einen bestimmten Ort oder eine Ressource (z.B. Wasser, Licht).
• Prädation (Räuber-Beute-Beziehung): Eine Beziehung zwischen einem Organismus (Räuber) und einem, der als Nahrung dient (Beute).
• Parasitismus: Eine Art (Parasit) profitiert von einer anderen (Wirt), wobei dem Wirt ernsthafter Schaden zugefügt werden kann.
• Mutualismus: Eine Beziehung, bei der beide Arten profitieren.
• Symbiose: Ein extremer Fall des Mutualismus, bei dem die beiden Arten nicht allein überleben können.

Intraspezifische Beziehungen

• Territorialität: Ein oder mehrere Individuen schaffen oder begrenzen ein Gebiet durch Geruchs- oder optische Zeichen zur Nutzung von Ressourcen.
• Hierarchie: Eine Rangordnung der Dominanz innerhalb einer Population.
• Geselligkeit: Eine Gruppe von Individuen, die zusammen eine bestimmte Aufgabe ausführen.
• Kolonie: Individuen leben zusammen und sind an einem bestimmten Ort fest verbunden.
• Staat: Eine Lebensform, ähnlich einer Kolonie, die eine Verteilung der Funktionen (Fortpflanzung, Verteidigung, Nahrungssuche usw.) aufweist.
• Familie: Eine Gruppe, die durch Verwandtschaftsbeziehungen verbunden ist.

Energie und Nährstoffe im Ökosystem

Ein großer Teil des Nahrungsmaterials ist unverdaulich. Lebewesen nutzen chemische Verbindungen wie Kohlenhydrate, Proteine und Fette. Diese werden zum Aufbau von Geweben und für den Großteil der benötigten Energie verwendet. Nur etwa 10% der Energie, die ein Lebewesen aufnimmt, kann von anderen Lebewesen genutzt werden, wenn sie sich davon ernähren. Die restlichen 90% werden bei Atmung, Fortpflanzung und Ausscheidung verbraucht. Diese Energie wird als Wärme an die Umgebung abgegeben.

Energiefluss und Organismengruppen

Alle genutzte Energie stammt aus der Lichtenergie, die von der Sonne ausgestrahlt wird. In jedem Ökosystem lassen sich drei Arten von Organismen unterscheiden: Produzenten, Konsumenten und Destruenten.

Produzenten

Pflanzen und Algen fangen Lichtenergie ein und wandeln sie in chemische Energie um. Aus der Sonnenenergie produzieren Pflanzen organische Materie. Daher sind Pflanzen als Primärproduzenten bekannt. Die produzierte organische Substanz wird als Biomasse bezeichnet. Der Prozess, durch den Pflanzen Biomasse aus Sonnenenergie produzieren, beginnt mit einer wichtigen chemischen Reaktion: der Photosynthese. Die Photosynthese findet in Chloroplasten statt, Organellen, die sich in den Zellen der Pflanzenblätter befinden. Die bei der Photosynthese produzierte Glukose ist das Grundnahrungsmittel für alle Lebewesen. Alle Tiere sind auf Pflanzen angewiesen, da diese der einzige Baustoff sind, der für andere Lebewesen nützlich ist.

Konsumenten

Die übrigen Organismen in einem Ökosystem, die Tiere, sind nicht in der Lage, organische Substanz selbst zu produzieren. Sie sind auf die Produzenten angewiesen, um die benötigte Materie und Energie zu erhalten. Sie werden als Konsumenten bezeichnet. Unter den Konsumenten lassen sich drei Gruppen unterscheiden:

• Pflanzenfresser: Ernähren sich direkt von Pflanzen.
• Fleischfresser: Fressen andere Tiere.
• Detritivoren: Verbrauchen totes Material, Abfälle oder Exkremente.

Destruenten

Wenn Tiere und Pflanzen sterben, werden sie von Bakterien und einigen Pilzarten zersetzt. Diese Organismen sind Destruenten (Zersetzer). Sie wandeln die komplexen Moleküle der organischen Materie in einfache anorganische Verbindungen wie Kohlendioxid, Wasser und Mineralsalze um, die dann wieder als Nährstoffe von den Produzenten im Substrat verwendet werden können.

Die Nahrungskette

In der Ökologie werden Materie und Energie von einem Lebewesen zum nächsten weitergegeben, wodurch eine Kette entsteht, in der jedes Individuum ein Glied ist. Eine Nahrungskette stellt eine lineare trophische Beziehung der Übertragung von Materie und Energie zwischen den Organismen in einem Ökosystem dar.

Nahrungsnetze (Die Spinne im Netz)

Nahrungsnetze stellen ein Ökosystem in Form eines Gitters dar, in dem alle Lebewesen durch Nahrungsbeziehungen miteinander verbunden sind. Diese Beziehungen werden als Nahrungsnetze oder Nahrungsgeflechte bezeichnet.