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5. Ökosysteme: Energie- Stoff- und Informationsfluss. Drei Definitionsteile „Ökologie“: Interaktionen zwischen Organismen (Individuen, Populationen, Lebensgemeinschaften) abiotische und biotische Umwelt Energie-, Stoff- und Informationsfluss. 215. 5.1 Energiefluss. jährlich 300 – 800

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Presentation Transcript

  1. 5. Ökosysteme: Energie- Stoff- und Informationsfluss • Drei Definitionsteile „Ökologie“: • Interaktionen zwischen Organismen(Individuen, Populationen, Lebensgemeinschaften) • abiotische und biotische Umwelt • Energie-, Stoff- und Informationsfluss 215

  2. 5.1 Energiefluss jährlich 300 – 800 KJ cm-2 Solarkonstante Erde Globalstrahlung Ökosystem Produktivität 216

  3. Photosynthese → Kohlenhydrate 17 KJ/g • diverse weitere Stoffwechselwege • → Fette 40 KJ/g • → Aminosäuren/Proteine 17 KJ/g • Kohlenhydrate: • Hauptenergiespeicher der Pflanzen • nur in Samen Öl / Fett • Fette: • Hauptenergiespeicher von Tieren • Unterhautfettgewebe der Säugetiere • Fettkörper der Arthropoden • ideal für Zugvögel / Winterschlaf 217

  4. Energieverlust Reflexion Evapotranspiration Konvektion geringer Wirkungsgrad 217

  5. Biomasse eines Ökosystems = Σ autotropher + heterotropher Organismen Bruttoprimärproduktion BPP = Σphotosynthetische + chemosynthetische Produktion inklusive Atmungsverluste Nettoprimärproduktion NPP = BPP – Atmungsverluste Nettoproduktion eines Ökosystems = NPP – Frass durch Herbivoren (das was übrig bleibt) Bestandesbiomasse = standing crop (Alter des Ökosystems: Maisfeld vs. Wald) 218

  6. Produktivität weltweit • Unterschiede • - terrestrisch • - marin • innerhalb Gebiet • Gründe • terrestrisch • Niederschläge • Kälte • marin • Licht in Meerestiefe • Nährstoffe an Oberfläche • Meeresströmungen 219

  7. Nahrungskette und Nahrungsnetz Was macht ein Individuum mit der aufgenommenen Energie? 220

  8. ΣIndividuen + trophische Ebenen: Energieflussschema in einem Ökosystem 2 Grundtypen Herbivorennahrungskette Destruentennahrungskette (Bäche, Wüsten, Höhlen, Tiefsee) 221

  9. Nahrungsketten haben energetische Basis • trophische Ebenen • ökologische Effizienz • Akkumulation von Verlusten • begrenzt Länge der Ketten 221

  10. Konsumptionseffizienz I2/P1 50 % Zooplankton vom Phytoplankton 25 % Herbivore in Graslandökosystemen 1-5 % Herbivore in Wald gemässigter Zone Assimilatorische Effizienz A2/I2 fast 100 % viele Bakterien und Pilze ca. 80 % Carnivore bis 70 % Herbivore: Samen + Früchte bis 50 % Herbivore: Blätter 15 % Herbivore: Holz 20 – 40 % Detritivore 222

  11. Energetische Kosten sind grössenabhängig • Volumen – Flächenrelation • energetische Untergrenze von Säugetieren • kleine Organismen sind poikilotherm • wegen grösserer Körperoberfläche Probleme • mit Wasserhaushalt metabolische Kosten und thermische Zusatzkosten 224

  12. 5.2 Stofffluss wichtigste Flüsse für Organismen: H20, C, N, P, S, … exemplarisch: Kohlenstoff (nur 0,1 % der Erdmasse) Drei Ebenen:- wozu brauchen Organismen Kohlenstoff?- C-Fluss im System- anthropogene Veränderungen 228

  13. geologisch: C via Vulkanismus aus Erde (CO2, CO, CH4) Gase in Wasser gelöst als Carbonate gefällt biogen: aquatische Organismen entziehen Wasser Carbonat: Algen, Foraminiferen (unten), Korallen, Bryozoa (oben), Muscheln Sedimentation: Calcit, Kreide, Kalkstein, Marmor geologische Faltungen: Alpen, Pyrenäen, Himalaja (Haeckel) 228

  14. 4 grosse Speicher Gestein Carbonate Weltmeer CO2 H2CO3 Atmosphäre CO2 Biosphäre C organisch biologische und geologische Prozesse eng gekoppelt - im wesentlichen Gaskreislauf - zentral: Photosynthese 229

  15. Biomasse tote Biomasse Abbau CO2 + Niedermolekulares Kreislaufgedanke Humus Huminsäure, Fulvosäuren Torfbildung Kohlebildung Erdöl, Erdgas → fossile Energieträger → Entzug C aus aktivem Fluss Aber: der weitaus grösste Teil der Biomasse wird wieder abgebaut (> 99,9 %) 229

  16. 1015 g C a-1 230

  17. CO2 als Treibhausgas Temperaturerhöhung Klimawandel 232

  18. Weltklima war immer variabel aktuelle Änderung in kürzester Zeit extreme Werte 232

  19. 5.3 Informationsfluss Sender Empfänger Nachricht spezifisch: Signal unspez.: Hintergrundrauschen/noise Kehlkopf Schallwellen Ohr Integument Farbe Auge Duftorgane Moleküle Rezeptoren Antheren Pollen Stigma / Narbe trotz Energiegehalt steht Informationsgehalt im Vordergrund 239

  20. physikalisch übertragene Information optisch akustisch magnetisch elektrisch infrarot chemisch übertragene Information Pheromone Allomone Kairomone Synomone 239

  21. Optischer Informationsfluss: Optische Ähnlichkeit giftiger Tiere: Vespidae (Wespen,Hornisse), Sphecidae(Grabwespen) Apidae (Bienen, Hummeln), Mutillidae (Ameisenwespen) (auch orange, rot, blau…) 239

  22. Optischer Informationsfluss: Optische Ähnlichkeit ungiftiger Tiere: Syrphidae Lepidoptera, Sesiidae: Cerambycidae Schwebfliege Hornissenschwärmer Bockkäfer Asilidae Stratiomyidae Tabanidae Raubfliege Waffenfliege Bremse 239

  23. Optische Ähnlichkeit giftiger Tiere profitieren von Vermeideverhalten gemeinsamer Prädatoren (Lernhilfe) Warnfarbe = aposematische Färbung echte Mimikry = Müller‘sche Mimikry Optische Ähnlichkeit ungiftiger Tiere profitieren von Schutz durch MM unechte Warnfarbe (Verwechslung) Bates‘sche Mimikry Vorbild – Nachahmer echte und falsche Information 239

  24. kein Signal aussenden Tarntracht, Krypsis Mimese Wandelndes Blatt Singzikade, Tintenfisch Somatolyse Schwärmer, Seepferd falsches Signal zur Körperposition Pinzettfisch, Zipfelfalter Thecla 239

  25. falsches Signal aussenden zum Beutefang aggressive Mimikry, Peckham‘sche Mimikry Geierschildkröte Fangheuschrecke Leuchtkäfer 239

  26. akustische Information: Vogelgesang Ultraschall: Wale, Fledermäuse, einige Vögel Magnetfeld: Zugvögel, Honigbienen elektrisches Feld: Haie, elektrische Fische Infrarot: Zecken, Schlangen, Prachtkäfer 240

  27. Chemisch übertragene Information Innerartlich: Pheromone Zwischenartlich: Allomone (Vorteil Sender) Kairomone (Vorteil Empfänger) Synomone (Vorteil Sender und Empfänger) 241

  28. Innerartliche Information: Pheromone Primer-Pheromone: langlebig, Kasten sozialer Insekten, Entwicklungshemmstoff Arbeiterin Sexuallockstoffe (*) Territorialmarkierung: Parasitoide, Kirschfruchtfliege Alarmsubstanzen Aggregationssubstanzen (Borkenkäfer) * * 241

  29. Zum Vorteil des Senders: Allomone Verteidigungssubstanzen Wehrsekrete, Toxine, Pflanzeninhaltstoffe, Antibiotika Locksubstanzen Ameiseninquilinen Orchidee Ophrys sphecodes Spinnenragwurz Wildbiene Andrena nigroaenea 241

  30. Zum Nachteil des Senders: Kairomone (unvermeidbare Abgabe) Chemische Signale (Pheromone, Allomone) werden verwendet, um Sender zu finden Spezialisierte Herbivore finden Pflanzen im Duftgradienten ihrer Verteidigungsstoffe Beutetiere nutzen Signalstoffe eines Räubers, um ihn zu meiden 243

  31. Vorteil für Sender und Empfänger: Synomone komplexe, tritrophische Interaktionen 243

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