Grundlagen der Ökologie: Definitionen und Konzepte

Grundlegende Ökologische Konzepte

Biosphäre

Die Biosphäre ist die Menge aller Lebewesen auf der Erde. Sie bildet ein dynamisches System eigener Zusammensetzung und interagiert mit der Atmosphäre, der Hydrosphäre und der festen Erdoberfläche. Lebewesen sind offene Systeme, die Energie und Materie aus ihrer Umgebung nutzen und die abgebaute Materie und Energie (hauptsächlich in Form von Wärme und verrichteter Arbeit) wieder zurückführen.

Biomasse

Die Biomasse ist die kumulative Masse lebender Organismen in einem bestimmten Raum zu einem bestimmten Zeitpunkt. Da Biomasse einen sehr variablen Wasseranteil enthält, wird sie oft als Trockenmasse oder Kohlenstoffmasse gemessen. Schätzungen zufolge kann die Kohlenstoffmasse eines Lebewesens etwa 10 % seiner Gesamtmasse ausmachen.

Nekromasse (Tote Materie)

Die Nekromasse ist die Masse der toten organischen Materie in Form von Abfall. Sie dient als Energiequelle für:

• Aasfresser: Fressen Leichen und Überreste.
• Koprophagen: Fressen Kot.
• Detritivoren und Zersetzer.

Messung der Biomasse und Nettoproduktion

Bei der Messung der lebenden Biomasse wird ein Parameter für die Gesamtleistung (Bruttoproduktion) ausgegeben. Da ein Teil dieser Bruttoproduktion durch die Lebenshaltungskosten (Atmung) verbraucht wird, ist der tatsächliche Zuwachs an Biomasse, der in einem Organismus, einer Population oder einem Ökosystem gemessen werden kann, die Nettoproduktion.

Populationen und Ökosysteme

Population

Eine Population besteht aus allen Organismen der gleichen Spezies, die in einem bestimmten Gebiet und zu einer bestimmten Zeit leben, sich miteinander fortpflanzen und fruchtbare Nachkommen haben.

Aus genetischer Sicht teilen sich alle Individuen einer Population einen Genpool (die Gesamtheit des populationsgenetischen Materials, einschließlich aller allelischen Möglichkeiten). Zwischen verschiedenen Populationen einer Spezies findet oft genetischer Austausch statt, da Individuen migrieren und sich kreuzen können. Dies erhöht die genetische Variabilität, auf die die natürliche Selektion einwirkt.

Biozönose (Lebensgemeinschaft)

Die Biozönose ist die Gesamtheit der Populationen, die sich ein geografisches Gebiet teilen und miteinander interagieren.

Biotop (Lebensraum)

Das Biotop ist der physische Ort der Biozönose und der Raum, in dem die Interaktionen stattfinden.

Ökosystem

Ein Ökosystem wird durch die Biozönose und das Biotop sowie die Beziehungen zwischen ihnen gebildet. Es ist eine grundlegende Studieneinheit der Ökologie. Seine Grenzen (die oft durch Vegetation, Lithologie usw. bestimmt werden) werden als Ökotone bezeichnet.

Biodiversität, Habitat und Nische

Biodiversität (Biologische Vielfalt)

Biodiversität ist ein Parameter, der die Vielfalt der Arten und ihre relative Häufigkeit anzeigt. Die biologische Vielfalt umfasst die Variabilität unter lebenden Organismen jeglicher Herkunft, einschließlich Land-, Meeres- und sonstiger aquatischer Ökosysteme. Sie umfasst die Vielfalt:

• Innerhalb der Arten (genetische Vielfalt).
• Zwischen den Arten (Artenvielfalt).
• Zwischen den Ökosystemen (Ökosystemvielfalt).

Habitat (Lebensraum)

Das Habitat ist der physische Ort im Ökosystem, den eine Art einnimmt, und entspricht den Bedingungen, unter denen sie leben kann. Jeder Lebensraum weist eine Reihe von biotischen und abiotischen Umweltfaktoren auf, die ihn charakterisieren und die Population beeinflussen.

Toleranzbereich und Limitierende Faktoren

Jeder Umweltfaktor, der den Lebensraum einer Art charakterisiert, definiert einen Toleranzbereich, innerhalb dessen die Art leben kann. Dieser Bereich setzt die Grenzen der Toleranz fest, außerhalb derer ein Individuum stirbt, und umfasst einen optimalen Bereich, in dem das Wachstum maximal ist.

Der Toleranzbereich einer Art in Bezug auf einen ökologischen Faktor kann breit oder schmal sein. Arten werden danach klassifiziert:

• Stenoöke Arten: Akzeptieren nur geringe Schwankungen in den Werten bestimmter Umweltfaktoren (z. B. die Biene).
• Euryöke Arten: Vertragen eine breite Palette von Werten bestimmter ökologischer Parameter (z. B. der Lachs, der sowohl im Fluss als auch im Meer leben kann).

Limitierende Faktoren

Faktoren, die das Wachstum oder die Verbreitung einer Population einschränken.

Ökologische Nische

Die Ökologische Nische ist die Funktion, die eine Art in einem Ökosystem spielt. Sie hat verschiedene Dimensionen, wie Raum- oder Nahrungsressourcen. Um die Rolle einer Art zu verstehen, muss man ihre Lebensweise kennen: Ernährung, Fortpflanzungszyklus, Gewohnheiten usw. Mehrere Arten können denselben Lebensraum teilen, aber keine zwei Arten können in derselben Nische koexistieren.

Potenzielle und Reale Nische

• Potenzielle Nische: Die Nische, die eine Spezies ohne Berücksichtigung von Wechselwirkungen mit anderen Arten in einer Gemeinschaft einnehmen würde.
• Reale Nische: Die Nische, die eine Art tatsächlich einnimmt. Sie ist oft kleiner als die potenzielle Nische, da Interaktionen (wie Konkurrenz) mit anderen Arten zu einer Einschränkung führen.

Der Grad der Überschneidung in einigen Dimensionen der Nische zweier Arten innerhalb der Gemeinschaft informiert uns über den Grad der Konkurrenz um eine Ressource.

Generalisten und Spezialisten

• Generalisten: Arten, die sich auf sehr unterschiedliche Weise ernähren und sehr unterschiedlichen Umweltanforderungen standhalten können. Sie haben eine flexiblere ökologische Nische.
• Spezialisten: Arten, deren ökologische Nische eingeschränkt ist und sich auf sehr spezifische Lebensräume beschränkt.

Populationsdynamik und Lebensstrategien

Populationsdynamik

Die Größe einer Population in der Natur ist nicht konstant, sondern variiert im Laufe der Zeit. Die Wachstumsrate einer Population hängt ab von:

• Zunahme: Geburten und Einwanderung.
• Abnahme: Todesfälle und Auswanderung.

Die Populationsdynamik untersucht diese Veränderungen im Laufe der Zeit mithilfe numerischer Modelle.

R-Strategien (Opportunisten)

Organismen wie Bakterien, Einzeller oder Fische haben eine hohe Reproduktionsrate und können ihre Populationsgröße schnell erhöhen. Merkmale:

• Die Reproduktionsrate ist hoch, aber das Überleben der Nachkommen ist gering.
• Sie haben eine kurze Lebensdauer.
• Das Bevölkerungswachstum weist starke zeitliche Schwankungen auf und liegt oft weit unter der Tragfähigkeit. Bei geeigneten Bedingungen vermehren sie sich schnell; bei feindlichen Bedingungen sinkt die Population dramatisch.
• Sie sind in der Regel Generalisten und bewohnen instabile Ökosysteme in frühen Entwicklungsstadien.

K-Strategien (Spezialisten)

Arten, die eine niedrige Fortpflanzungsrate haben und eine stabile Population nahe der Tragfähigkeit aufrechterhalten (dazu gehört die Mehrzahl der großen Tiere). Merkmale:

• Die Reproduktionsrate ist niedrig, aber das Überleben der Nachkommen ist hoch.
• Die meisten Individuen erreichen das Erwachsenenalter.
• Die Populationsgröße stabilisiert sich nahe der Tragfähigkeit. Wenn die Größe abnimmt, können sie vom Aussterben bedroht sein.
• Sie sind spezialisierte Arten, die an das Leben in stabilen Umgebungen angepasst sind.

Intraspezifische Beziehungen

Intraspezifische Beziehungen bestehen zwischen Individuen derselben Spezies. Beziehungen können dauerhaft (wenn sie ein Leben lang halten) oder zeitlich (wenn sie nur für einen bestimmten Zeitraum bestehen) sein.

Wichtige Beziehungsformen:

• Familienverbände: Beziehungen zwischen Eltern und Nachkommen (positive Assoziation).
• Gesellige Verbände: Temporäre oder permanente Gruppierungen von Individuen zum Schutz, zur Migration, zur Nahrungssuche usw.
• Koloniale Verbände: Dauerhafte Assoziationen, die das Ergebnis der asexuellen Reproduktion eines Elternteils sind.
• Staatenverbände: Organisationen, in denen Individuen eine Hierarchie und Arbeitsteilung aufweisen (z. B. Insektenstaaten).
• Territorialität: Eine Beziehung, bei der ein Individuum oder eine Gruppe ein bestimmtes Gebiet besetzt und andere Individuen derselben Art daran hindert, dieses zu betreten.

Intraspezifische Konkurrenz

Konkurrenz tritt auf, wenn Individuen derselben Art um dieselbe Ressource kämpfen.