Intensivkurs zur Vorbereitung auf das Abitur. Arbeitsskript Biologie. Part Ökologie

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Intensivkurs zur Vorbereitung auf das Abitur

Arbeitsskript Biologie

Part Ökologie

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 2 Inhaltsverzeichnis

1. Definition Ökologie und Ökosystem S. 3

2. Stufen der Ökologie und Grundbegriffe S. 4

3. Ökosystem Kreislauf / Nahrungszusammenhang S. 5

Übung 1 S. 6

4. Kohlenstoffkreislauf S. 7

5. Stickstoffkreislauf (See und Fließgewässer) S. 9

6. Exkurs aquatische Ökosysteme S. 10

7. Umweltfaktoren S. 13

7.1 Toleranzkurven S. 14

7.2 Die Ökologische Potenz als genetisch fixierte Reaktionsnorm S. 15

7.3 Gleich- und wechselwarme Tiere S. 16

Übungen 2 – 6 S. 17

8. Klimaregeln S. 22

Übungen 7 – 9 S. 23

9. Anpassung von Pflanzen an die Verfügbarkeit von Wasser S. 24

10. RGT- Regel S. 28

Übungen 10 und 11 S. 29

11. Populationswachstum S. 31

Übungen 12 und 13 S. 32

12. Räuber- Beute- Beziehungen S. 34

Übung 14 S. 35

13. Reproduktionsstrategien S. 36

Übungen 15 und 16 S. 38

14. Symbiose und Parasitismus S. 42

Übungen 17 – 19 S. 43

15. Intra –und Interspezifische Konkurrenz S. 45

16. Sexualdimorphismus S. 46

17. Weitere Übungen 20 – 25 S. 47

16. Lösungsvorschläge zu den Übungen 6-25 S. 54

Impressum S. 64

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 3 1. Definition Ökologie und Ökosystem

Ökologie bedeutet die Lehre vom Haushalt der Natur, also der Beziehungen der Lebewesen zu ihren abiotischen und biotischen Faktoren.

Das Ökosystem ist ein dynamischer Komplex von Gemeinschaften aus Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen (Biozönose) sowie deren nicht lebender Umwelt (Biotop), die als

funktionelle Einheit in Wechselwirkung stehen. ¹

Ein Ökosystem beinhaltet keine Einschränkung auf eine bestimmte Größe, es weist daher eine Skalenunabhängigkeit auf.

Als größtes Ökosystem gilt die Biosphäre, die die Gesamtheit aller terrestrischen und aquatischen Ökosysteme einschließt.

Globales Ökosystem

Das globales Ökosystem lässt sich in folgende Schichten / Sphären aufteilen:

- Atmosphäre = Luft - Hydrosphäre = Wasser

- Biosphäre = „Land“ wo die Pflanzen wachsen - Lithosphäre = Erdkruste

- Pedosphäre = Bodendecke, der Bereich in dem sich durch bodenbildende Prozesse Böden neu bilden

Definition Boden:

Boden ist das mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetztes, unter dem Einfluss der Umweltfaktoren an der Erdoberfläche entstandene und im Laufe der Zeit sich

weiterentwickelnde Umwandlungsprodukt mineralischer und organischer Substanzen mit eigener morphologischer Organisation, das in der Lage ist, höheren Pflanzen als Standort zu dienen. Dadurch ist der Boden in der Lage, eine Lebensgrundlage für Tiere und Menschen zu bilden. Als Raum-Zeit-Struktur ist der Boden ein vierdimensionales System.²

1 Übereinkommen über die Biologische Vielfalt, abgeschlossen in Rio de Janeiro am 5. Juni 1992. Artikel 2 Begriffsbestimmungen

2 Bodenschutzkonzeption der Bundesregierung Deutschland

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 4 2. Stufen der Ökologie und Grundbegriffe

Ein einzelner Organismus ist ein Individuum innerhalb einer Population.

Die Population besteht aus einer Art innerhalb eines bestimmten Gebietes zur selben Zeit, die eine Fortpflanzungsgemeinschaft ausbildet.

Biozönose: alle Populationen in einem bestimmten Lebensraum, die in Wechselwirkung treten -> biotische Faktoren: Nahrung, Fressfeine, Geschlechtspartner usw.

Biotop: der Lebensraum aller Organismen (Produzenten, Konsumenten, Destruenten), auf den die abiotischen Faktoren wirken: Temperatur, Licht / Strahlung, Wasser, Salinität, Mineralien usw.

Biotop und Biozönose bilden zusammen das Ökosystem -> alle Ökosysteme bilden die Biosphäre = globales Ökosystem Beispiele Ökosysteme:

Terrestrische = Tropen/ Subtropen/ Gemäßigte/ Kalte Zone/ Polargebiete Limnische = Süßwasser

Ozeanische = Salzwasser

Die Ökologische Nische ist definiert durch alle biotischen und abiotischen Faktoren, die eine Art zum Überleben benötigt.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 5 3. Ökosystem - Kreislauf/ Nahrungszusammenhang

Alle Lebewesen werden nach Trophieebenen unterteilt:

- Produzenten = Pflanzen - Konsumenten

1 Ordnung = Herbivore

Ernähren sich von den Pflanzen 2 Ordnung = Carnivore

Ernähren sich von den Pflanzenfressern Konsumenten 3 Ordnung usw.

- Destruenten = Zersetzer/ Mikroorganismen Bauen die organischen Ausscheidungsprodukte (Kot) oder tote Tiere / Pflanzen / Pilze ab und wandeln diese in einfache anorganische Verbindungen um, diese stehen den Pflanzen dann wiederum als Nährstoffe zur Verfügung.

Die Biomasse nimmt von Trophieebene zu Trophieebene um 90% ab, da die meiste Energie für eigenes Wachstum angewendet wird und zudem viel Energie als Wärme verloren geht -> Nahrungspyramide.

Die Darstellung von Nahrungsbeziehungen bei artenarmen Biozönosen erfolgt als

Nahrungskette und bei artenreichen Ökosystemen als komplexes Nahrungsnetz, weil es zahlreiche Verknüpfungen untereinander gibt.

Abbildung 1

de.wikipedia.org/wiki/Nahrungspyramide#/media/File:Nahrun gspyramide_Schema.png

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 6 Übung 1: Nahrungsbeziehungen und Trophieebenen³

Ordne die in Abb. 1 dargestellten Organismen tabellarisch den Trophieebenen eines Ökosystems zu! Ergänze fehlende Komponenten und gib deiner Tabelle eine Überschrift!

Infos zu einzelnen Fischen:

Pferdemakrele (Caranx mellampygus) Bis zu 120 cm langer und 50 kg schwerer Raubfisch, der in klaren Lagunen in tieferem Wasser alleine oder in Paaren kleinerer Krustentiere (Krebse) und Fische jagt.

Barrakuda (Sphyraena barracuda) Bis zu 150 cm langer und 30 kg schwerer Raubfisch, der als Jungfisch im Freiwasser in Schwärmen jagt und als adultes Tier ins übersiedelt und sich räuberisch von großen Fischen ernährt.

Blaugefleckter Zackenbarsch (Cephalophols argus)

Bis zu 25 cm langer fisch, der in unterschiedlichen Lebensräumen von

seichten Lagunen bis in 40 m Tiefe lebt. Er ernährt sich von kleinen Fischen und selten von Krustentieren.

3 Abitur 2003 Hamburg, Beispielaufgaben. Grundlegendes Niveau

Abbildung 1 Nahrungsnetz im Riff

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 7 4. Kohlenstoffkreislauf

Abbildung 2: Quelle https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffzyklus

Der Kohlenstoffkreislauf beschreibt das System der chemischen Umwandlungen

kohlenstoffhaltiger Verbindungen in den globalen Systemen Lithosphäre, Hydrosphäre, Erdatmosphäre und Biosphäre sowie den Austausch dieser Verbindungen zwischen diesen Erdsphären.

Das System „Erde“ wird als geschlossenes System betrachtet. Der Gesamtkohlenstoffgehalt ist immer konstant. Jedes der fünf Teilsysteme dient als Kohlenstoffspeicher/ Reservoir. Die Speicherung ist in jedem System unterschiedlicher Art: z.B. Lithosphäre – Carbonatgesteine, Biosphäre – organische Verbindungen und Kalkskelette.

Man betrachtet Zufluss, Abfluss (Flussraten) und die Verweildauer im Reservoir.

Die Reservoire können C abgeben -> Kohlenstoffquelle Die Reservoire können C aufnehmen -> Kohlenstoffsenke

Die komplette Verrechnung der Zu- und Abflüsse jedes Reservoirs ist sein Budget.

(Im Zusammenhang mit dem Klimawandel wird vom Budget der Atmosphäre gesprochen, bei der ein Temperaturanstieg um x-Grad erreicht wird).

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 8 Man kann den globalen Kreislauf in kleinere Teilkreisläufe zerlegen:

1. Langfristiger anorganischer Kreislauf

Geochemische Prozesse, Betrachtungszeitraum: mehrere Jahrtausende bis Milliarden Jahre.

2. Langfristiger organischer Kreislauf

Rasch ablaufende biochemische Prozesse, die jedoch an langfristige geologischen Prozessen gekoppelt sind.

Sedimentiertes, organisches Material wird nicht mehr vollständig abgebaut. Es entstehen anaerobe Sedimentdecken, die in immer tiefere Schichten absinken. Dort steigen Druck und Temperatur und es kommt zur Umwandlung des organischen Materials z.B. in Kohle und Erdöl.

3. Kurzfristiger organischer Kreislauf

Biochemische Abläufe der Assimilation und Dissimilation, erfolgen rasch und sind jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen.

Durch Fotosynthese wird atmosphärisches CO2 in organische Verbindungen umgewandelt.

Durch die Zellatmung werden diese Verbindungen wieder in CO2 umgewandelt.

Durch die Gärung werden die organischen Verbindungen mineralisiert oder zum Beispiel zu Methan abgebaut.

Merke:

Assimilation:

Umwandlung von aufgenommenen, körperfremden anorganischen oder organischen Stoffe – meistens unter Energiezufuhr – in körpereigene organische Verbindungen.

Dissimilation:

Abbau von zuvor angelegten stofflichen Energiespeichern.

Abbildung 3: Quelle Von Hati - Eigenes Werk, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/i ndex.php?curid=7835643

Abbildung 4: Quelle:

https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffzy klus#/media/File:Biochem.svg

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 9 5. Stickstoffkreislauf (See und Fließgewässer)

Allgemeiner Stickstoffkreislauf:

Stetige Wanderung von Stickstoff in der Erdatmosphäre, Gewässern, Böden und Biomasse.

Stickstoff ist ein lebensnotwendiges Element, das im Stoffwechsel z.B. in Proteinen und Nukleinsäuren gebraucht wird.

Lebewesen dienen als N-Reservoir, sie nehmen mit dem Wachstum Stickstoff auf und nach ihrem Tod wird dieser durch die Destruenten wieder dem Boden zugefügt.

Atmosphärischer Stickstoff kann nur von sehr wenigen Lebewesen (Mutualisten) von den aufgenommen werden.

Pflanzen als Primärproduzenten benötigen daher einen symbiontischen Partner (meist Knöllchenbakterien) um atmosphärischen Stickstoff nutzen zu können oder müssen sich am gelösten Stickstoff im Boden bedienen. Die Aufnahme geschieht mit der Wasseraufnahme durch die Wurzeln.

Dieser so gebundene Stickstoff steht nun auch den Tieren, Pilzen und meisten Bakterien zur Verfügung. Nur sehr wenige Lebewesen können atmosphärischen Stickstoff umwandeln.

Abbildung 5 Quelle: Von Cicle_del_nitrogen_ca.svg: Johann Dréo (User:Nojhan), traduction de Joanjoc d'après Image:Cycle azote fr.svg.derivative work: Burkhard (talk) - Cicle_del_nitrogen_ca.svg, CC BY-SA 3.0,

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7670200

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 10 Exkurs aquatische Ökosysteme

Aquatische Ökosysteme sind Flüsse, Seen und Meere. Sie bedecken mehr als 75% der Erdoberfläche.

Sie sind wichtig für den globalen Wasserkreislauf:

- Verdunstung - Wolkenbildung - Niederschlag - Grundwasser - Oberflächenwasser

Aufbau eines Sees

Jeder See ist zoniert.

Im Uferbereich leben festwachsende Pflanzen. Im Freiwasser findet man v.a.

Phytoplankton.

Jahreszeitliche Veränderung / Jahreszirkulation - Dichteanomalie Wasser = höchste Dichte bei 4°C,

-> wärmeres und kälteres Wasser haben eine geringere Dichte - Frühjahr:

Die Eisdecke schmilzt, das Oberflächenwasser wird erwärmt -> Wasser sinkt ab, Starkwind sorgt für zusätzliche Zirkulation - Sommer:

stabile Wärmeschichtung, das Oberflächenwasser ist warm, Sprungschicht wegen Tag- / Nachtunterschieden, das Tiefenwasser ist kalt

- Herbst:

Abkühlung und Absinken des Oberflächenwassers, Starkwind sorgt für zusätzliche Durchmischung

- Winter:

Das Oberflächenwasser wird mehr abgekühlt, das leichtere Oberflächenwasser wird schließlich zu Eis

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 11 Nahrungsbeziehungen im See

- Primärproduzenten: Phytoplankton (pflanzliche Einzeller) - Konsument 1. Ordnung: Zooplankton (tierische Kleinlebewesen) - Konsument 2. Ordnung: Friedfische (Karpfen)

- Konsument 3. Ordnung: Raubfische (Hecht, Forelle) - Konsument 4. Ordnung: Vögel (Reiher, Seeadler) Einteilung eines Sees nach Mineralstoffen

Eutropher See Oligotropher See

nährstoffreich trüb

Unterschiedliche Schichtung von O2

und CO2 im Epi- und Hypolimnion viel Plankton

viele Tiere

nährstoffarm klar

viel O2 und CO2 im gesamten See kaum Plankton

kaum Tiere

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 12 Abbauvorgänge

Eutropher See Oligotropher See

Viel Phosphat -> Bildung von viel Plankton -> Destruenten können abgestorbenes Plankton nicht schnell genug aerob und daher nicht vollständig abbauen

-> O2-Verbrauch steigt an durch aerobe Destruenten

-> O2-Konzentration im Sommer sinkt - Totes organisches Material sinkt zum Seeboden

-> Schlammschicht

- Das gebundene Phosphat sinkt durch das tote Phytoplankton nach unten

-> steht nicht mehr zur Verfügung für neues Plankton

- Phosphat ist der limitierende Faktor -> Wachstum von Phytoplankton ist begrenzt

- In Epilimnion ist genug O2 vorhanden -> Destruenten können abgestorbenes Plankton aerob abbauen

-> remineralisiertes Material wird zum Aufbau von neuem Plankton verwendet -> kaum abgestorbenes Plankton im Hypolimnion, keine Schlammschicht

Polytropher See

Überschuss an Phosphat und Nitrat = Überdüngung

-> starke Vermehrung von Plankton -> viel organischer Abfall am Boden -> gesamtes O2 wird durch Destruenten verbraucht

- ohne O2

-> Abbau durch anaerobe Destruenten -> Gärungsprozesse

-> Faulschlamm und Faulgase entstehen -> See kippt um

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 13 7. Umweltfaktoren und Toleranzkurven

Die Umweltfaktoren werden unterteilt in abiotische (= unbelebte Natur) und biotische (= belebte Natur) Faktoren.

Mit diesen Faktoren lässt sich jedes Ökosystem genau beschreiben.

Hier ist eine große Überschneidung zur Geographie – Geoökosysteme.

Jedes Lebewesen hat einen Toleranzbereich für jeden einzelnen Faktor, der in seinem Ökosystem herrscht. Es kann also für jeden Faktor eine separate Toleranzkurve aufgezeichnet werden.

Einzelne Faktoren treten immer in Wechselwirkungen mit anderen!

Wenn z.B. die Temperatur jährlich im Mittel steigt, kann es zu einer höheren maximalen Temperatur über längere Zeit führen. Und dadurch z.B. zu erhöhter Trockenheit oder zu vermehrten heftigen Wärmegewittern. Durch die Toleranzkurven kannst du für

verschiedene Arten die Auswirkungen ableiten.

In den Prüfungen bauen Aufgaben immer auf diesen Faktoren sowie Toleranzkurven und Räuber-Beute-Schemata auf. Je mehr du vorab über verschiedene Ökosystem weißt, desto einfacher kannst du dir die Lösungen erarbeiten.

Tipp: Schaue so viele Naturdokumentationen wie möglich!

Es gibt bei Netflix und youtube sehr tolle Dokus

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 14 7.1 Toleranzkurven richtig lesen und auswerten

Am obigen Beispiel sieht du eine klassische Toleranzkurve für jeden beliebigen Faktor.

Es handelt sich um eine Gauß-Verteilung/ Gauß´sche Normalverteilung Glockenkurve.

Zuerst wird angegeben auf welchen Faktor sich die Kurve bezieht.

Auf der y-Achse liest du die Reaktion des Organismus ab. Meist steht da n = Anzahl der Individuen oder die Überlebensfähigkeit.

Die x-Achse zeigt dir den Toleranzbereich an.

Dieser unterteilt sich in:

Start: Minimum (Minimumfaktor)-> Pessimum / Extremum -> Übergang ökologische Potenz / Präferendum <- Übergang Pessimum / Extremum, Maximum: Ende

In den Pessima ist das Lebewesen überlebensfähig, aber steht unter extremen Stress.

Fortpflanzung und meist auch Wachstum sind da kaum möglich.

In der ökologische Potenz oder auch dem Präferendum kann das Lebewesen „normal“ leben, d.h. ernähren, wachsen / regenerieren und sich fortpflanzen.

Für jedes Lebewesen gibt es pro Faktor ein Optimum.

Manchmal ist das ein ganz klar zu sehender Peak, meist ist das Optimum jedoch ein Plateau (euryöke Arten).

Je enger das Optimum gefasst ist, desto anfälliger ist das Lebewesen für Änderungen des Faktors!

Diese Arten werden stenöke Arten genannt und dienen als Zeigerorganismen in einem Ökosystem. z.B. gibt es Pflanzen, die nur bei einem bestimmten pH-Wert wachsen. Oft sind diese Lebewesen endemisch und perfekt auf ihr Ökosystem angepasst.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 15 7.2 Die Ökologische Potenz als genetisch fixierte Reaktionsnorm

Der Toleranzbereich eines Organismus ist seine ökologische Potenz.

Unter Reaktionsnorm versteht man alle genetisch bedingten Ausprägungsformen eines Merkmals / Phänotyps.

Diese Ausprägungsformen werden innerhalb einer gewissen Reaktionsbreite durch innere Einflüsse und Umwelteinflüsse gesteuert -> Modifikation.

Veränderungen über die Grenzen der Reaktionsnorm hinaus sind durch Veränderungen im Erbgut (Rekombination und Mutationen) bedingt und somit Ausdruck der genetischen Variabilität.

Das bedeutet, dass der Phänotyp eines Organismus nicht komplett durch den Genotyp festgelegt wird, sondern auch durch Umwelteinflüssen.

Der Organismus ist aber auch nur innerhalb gewisser Grenzen (über-) lebensfähig, dies ist die ökologische Potenz, die für jeden einzelnen abiotischen und biotischen Faktor ermittelt werden muss.

Ein Beispiel:

Der Mensch kann als globale Population betrachtet werden. Sein Phänotyp ist jedoch sehr unterschiedlich, je nachdem wo seine Vorfahren gelebt haben. Die ist auf Mutationen im Erbgut und unterschiedliche Allele zurück zu führen.

Körperliche Anpassungen an die Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind sehr unterschiedlich.

Zum Beispiel ist die Nasenform bei Menschen, die über sehr viele Generationen in den Tropen gelebt haben breiter und flacher, als bei Menschen die in kalten Gebieten lebten.

Wenn wir in unserem Beispiel davon ausgehen, dass jeder Mensch alle Varianten für alle Nasenformen in sich trägt, dann wird das Allel aktiv, welches am besten zu den

Umweltbedingungen passt.

Wenn nun also ein Paar aus den Tropen nach Grönland zieht und dort eine neue Population gründet, dann kann es sein, dass nach x-Generationen wieder die Allele aktiv werden, die zu einer schmalen Nasenform führen.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 16 7.3 Beispiele von wechsel – und gleichwarmen Tieren anhand von Temperaturkurven

Links ist die Toleranzkurve für ein gleichwarmes = homoiothermes Tier.

Es hat einen weiten Toleranzbereich und lebt wahrscheinlich in einem Jahreszeitenklima.

Im Winter (kalt, wenig Nahrung, viel Energie nötig) hält es Winterruhe (Herzschlagfrequenz ist vermindert, die Körpertemperatur jedoch nicht deutlich herabgesetzt) oder Winterschlaf (quasi wie ein wechselwarmes Tier: Körpertemperatur wird auf Umgebungstemperatur herabgesetzt, Atmung und Herzschlag sind vermindert).

Rechts ist die Toleranzkurve für ein wechselwarmes = poikilothermes Tier.

Es hat einen engen Toleranzbereich: ist Temperatur zu hoch oder niedrig fällt es in eine Starre und kann so überleben. Die Körpertemperatur passt sich immer der

Umgebungstemperatur an.

Alle Tiere können sich natürlich vor zu extremen Temperaturen schützen, indem sie aktiv eine andere Umgebungstemperatur aufsuchen.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 17 Übung 2: Notiere 10 verschiedenen Ökosysteme, wenn möglich mit genauer geographischer Angabe (z.B. Südsee, Alpen, Antarktis etc.)

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Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 18 Übung 3: Suche dir eines der oben genannten Ökosysteme aus und definiere es anhand der wichtigsten abiotischen Faktoren. Gehe dabei darauf ein, welche Faktoren einen Mangel darstellen und worum Lebewesen in diesem System daher konkurrieren müssen. Gib auch an, wann diese Faktoren in ihrer Häufigkeit vorhanden sind.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 19 Übung 4: Nimm das obige Ökosystem und zeichne für 2 Faktoren eine Toleranzkurve für eine Art, die dort leben können muss.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 20 Übung 5: Beschreibe die vorgegebene Toleranzkurve und gib an, ob es sich um ein euryöke oder stenöke Art handelt.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 21 Übung 6: Die Schwarzmündige Bänderschnecke Cepaea nemoralis besitzt ein großes

Verbreitungsgebiet, das sich von Norwegen bis Spanien erstreckt und von der <Küste bis in die Alpen Höhenunterschiede von 1200 Metern abgedeckt.

Man findet sie in so unterschiedlichen Lebensräumen wie Wiesen oder Wäldern. Die Bänderschnecke weist eine große Vielfalt an Gehäusen auf. Diese können gelb, rot, oder braun und durch bis zu fünf Bänder gemustert sein.

Die folgende Abbildung zeigt die Untersuchungsergebnisse der Zusammensetzung des Farb- und Bänderspektrums von Cepaea nemoralis in unterschiedlichen Lebensräumen.

Beschreiben Sie das Verhältnis von gelben zu braunen sowie von gebänderten zu

ungebänderten

Gehäusevariationen von Cepaea nemoralis in Abhängigkeit vom Lebensraum und stellen Sie zwei begründete Hypothesen auf, die diese Verhältnisse erklären.⁴

4 Biologie Abitur Bayern 2014, B2, 1.2

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 22 8. Klimaregeln: Bergmann´sche + Allen`sche Regel

Bergmann:

Verwandte Organismen haben unterschiedliche Größen:

-> Je kälter die Umgebungstemperatur desto größer ist das Tier, desto mehr Fett/ Wärmespeicher besitzt es.

Allen:

Verwandte Organismen haben unterschiedlich große Anhängsel (Ohren, Schwänze etc.):

Je wärmer die Umgebungstemperatur ist, desto größer sind die Körperanhängsel. Dadurch kann mehr Wärme abgegeben werden.

Erklärung Bergmann´sche und Allen´sche Regel

Volumen und Oberfläche steigen nicht proportional an -

Links: Kugel mit Durchmesser 5cm und Volumen von 66cm³ -> Oberfläche von 79cm² Verhältnis Oberfläche zu Volumen 1:1 -> Geringer Wärmeverlust

Rechts: Kugel mit Durchmesser 2cm und Volumen von 4cm³ -> Oberfläche von 13cm² Verhältnis Oberfläche zu Volumen 3:1 -> Wärmeverlust größer

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 23 Übung 7: Ein Tiger mit 250 kg benötigt am Tag 10 kg Fleisch, eine Maus mit 0,004 kg

benötigt 0,008 kg tierische Nahrung.

Setze die Futtermengen ins Verhältnis und begründe dein Ergebnis anhand der Klimaregeln.

Übung 8: Der Polarfuchs verfügt über einen lagen buschigen Schwanz und etwas so große Ohren wie der in gemäßigten Zonen vorkommende Rotfuchs.

Erkläre, weshalb die Allen´sche Regel hier anscheinend nicht gilt.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 24 Übung 9: Erläutere anhand der folgenden Tabelle die Bergmannsche und Allen´sche Regel und setze die gegebenen Daten sinnvoll in Relation (z.B. Verhältnis Oberfläche / Volumen).⁵

Braunbär Eisbär

Verbreitungsgebiet Eurasien (nördlicher bis

gemäßigter Bereich) Treibeis der Arktis

Gesamtlänge 170 – 300 cm 250 – 300 cm

Gewicht 70 – 300 kg > 400 kg

Ohren größer klein

Schnauze / Kopf Längere Schnauze im Verhältnis

zu einem runderen Schädel Kürzere Schnauze im Verhältnis zu einem längeren Schädel

5Abiturprüfung 2003 Hamburg, Aufgabenbeispiele grundlegendes Niveau

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 25 9. Anpassung von Pflanzen an die Verfügbarkeit von Wasser

Jedes Lebewesen benötigt für seine Stoffwechselvorgänge Wasser.

Pflanzen benötigen Wasser u.a. für die Fotosynthese.

Da Pflanzen sesshaft sind (Ausnahme schwebende Pflanzen im Wasser), haben sie vielfältige Methoden entwickelt um mit Wassermangel oder einem Zuviel an Wasser umgehen zu können. Bei Staunässe können die Wurzeln absterben, da auch sie O2 für die Zellatmung benötigen.

Die meisten Anpassungen sind morphologischer Natur, d.h. es gibt speziell angepasste Zellen oder Organe.

Des weiteren kann die Pflanze auch ihren Stoffwechsel anpassen.

Aufnahme von Wasser durch die Wurzel

Wasser wird im Normalfall über Wurzeln / Wurzelhaare oder Rhizodien (bei Moosen) durch Osmose passiv aufgenommen. Einige Arten leben epiphytisch auf Bäumen und bilden Luftwurzeln aus. Diese finden sich v.a. in Nebelwäldern (z.B. Orchideen).

Ausnahme:

Einzelne Arten nehmen Wasser mit der gesamten Oberfläche auf (z.B. Algen und komplett im Wasser lebende Pflanzen).

Aufnahme von Wasser durch oberirdische Pflanzenorgane

Wenn Pflanzen keine sehr tiefen Wurzeln ausbilden können oder in einem eher trockenen Klima leben, dann haben sie folgende Anpassungen entwickelt um mehr Wasser bei einem Regenguss aufnehmen zu können:

- Toorfmoose und Polstermoose:

Aufnahme durch Blätter, die wie ein Schwamm aufgebaut sind. Tote Hyalinzellen dienen als

Wasserreservoir, Wasser kann durch Wandporen eindringen.

- Saugschuppen:

Einige Arten haben Saugschuppen ausgebildet, die Wasser kapillar aufnehmen können.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 26 Schutz vor Austrocknung

Pflanzen haben vielfältige Anpassungen entwickelt, um sich vor Austrocknung durch Verdunstung zu schützen. Je größer die Oberfläche, desto mehr Wasser kann verdunsten.

Viele Pflanzen benötigen jedoch eine sehr große Oberfläche um Fotosynthese betreiben zu können (begrenzender abiotischer Faktor: Licht, z.B. im tropischen Regenwald).

Einige Beispiele zum Verdunstungsschutz:

- Tote weiße Härchen / Wollhaare als Sonnenschutz -> Reflexion wird erhöht, weniger Energie wird aufgenommen

- dicke Cuticula / Wachsschicht: Wasser kann nicht aus den Epidermiszellen verdunsten/ transpirieren

- Rollblätter: bei Wasserverlust rollen sich die Blätter ein und verkleinern dadurch ihre Oberfläche -> durch Gelenkzellen, die mit Wasserdruck arbeiten

- Die Spaltöffnungen / Stomata werden eingesenkt, dadurch sind sie windgeschützt und die Transpirationrate wird verringert.

- Größe und Form der Blätter wird an den Standort angepasst, so dass so wenig Verdunstungsfläche durch Wind wie möglich entsteht.

Abbildung 7: dicke Cuticula, Bildquelle: Eschrich "funktionelle Pflanzenanatomie"

Abbildung 6: Wollhaare, Bildquelle: Eschrich "funktionelle Pflanzenanatomie"

Abbildung 8: eingesenkte Stomata, Bildquelle Spektrum der Wissenschaft

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 27 Einige Beispiele zur Wasserspeicherung:

Pflanzen, die in Regionen mit Trocken- und Regenzeiten leben haben vielfältige Möglichkeiten entwickelt, wie sie Wasser speichern können.

- Bei unseren heimischen mehrjährigen Pflanzen wird über den Winter Wasser in den Wurzeln eingespeichert. Im Frühjahr wird bei holzigen Pflanzen Zucker aktiv in die

Leitbündel gegeben, so dass der osmotische Druck steigt und das Wasser aus den Wurzeln nach oben in die jungen Triebe transportiert wird.

- Wasserspeicherzellen

Die Vakuolen sind in Zellen des Blattes oder Sprosses sehr groß und dienen als Wasserreservoir.

Extremformen sind Sukkulenten:

Stammsukkulenten -> Spross dient als Wasserreservoir, Blätter oft zu Dornen umgewandelt.

Blattsukkulenten Wurzelsukkulenten

Schutz vor Staunässe

Viele Arten haben sich auf sumpfartige Habitate spezialisiert. Dort sind die Wurzeln oft in anaeroben Schlamm verankert. Um dennoch atmen zu können, bilden sie spezielle Röhrensysteme in Spross und Wurzeln aus, um Luft nach unten zu pumpen. Also wie ein Schnorchel 😉😉

Das kann man z.B. sehr schön bei Lotuswurzeln sehen.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 28 10. RGT- Regel

Die Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel besagt, dass chemische Reaktionen bei einer um

10 K erhöhten Temperatur doppelt bis dreimal so schnell ablaufen.

Achtung! Bei größeren Temperaturdifferenzen wird die RGT- Regel zunehmend ungenau und gilt deswegen im Allgemeinen nicht mehr. Man betrachtet meist einen Bereich von 20 K (s.

Kasten im Schaubild).

Typische Aufgaben sind Anpassungen von Tieren an die Umgebungstemperatur, Fluchtreaktionen etc.

In der Neurobiologie und Genetik kommt die Regel auch oft zur Anwendung. Die gesamte Physiologie von gleichwarmen Tieren ist an ein sehr enges körpereigenes

Temperaturspektrum angepasst.

Abbildung 9:

http://www.spektrum.de/lexikon/bi ologie/rgt-regel/56568

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 29

Übung 10 zur RGT-Regel⁶

Ein Goldfisch wird in ein Aquarium mit 20 °C warmem Wasser gesetzt. Man beobachtet seine Kiemenbewegungen. In regelmäßigen Abständen öffnen sich seine Kiemendeckel. Wenn man die Wassertemperatur langsam absenkt, kann man beobachten, dass die

Kiemendeckelbewegungen des Goldfisches langsamer werden. Die Atemfrequenz geht zurück. Umgekehrt steigt die Atemfrequenz, wenn man die Temperatur im Aquarium vorsichtig erhöht. Die Kiemendeckelbewegungen wurden bei den angegebenen Temperaturen jeweils viermal in einer Zeit von 30 Sekunden bestimmt.

1. Erfasse die Mittelwerte.

2. Erstelle eine Grafik, anhand derer du die Mittelwerte erkenntlich machen kannst.

3. Betrachte die ermittelten Werte anhand der RGT-Regel und begründe eventuelle Abweichungen.

10 °C 15 °C 20 °C 25 °C

Messung 1 9 10 18 31

Messung 2 6 12 20 34

Messung 3 7 11 22 33

Messung 4 6 11 24 34

Mittelwert pro 30 sec

2. Grafik

6https://.berlin-brandenburg.de%2Ffileadmin%2Fbbb%2Frlp-

online%2FTeil_C%2FBiologie%2Fc2%2Faufgaben%2Ferkenntnisse_gewinnen%2Felemente_der_mathematik_anwenden%2Fmesswerte_erfassen%2FBiologie_Erkenntnisse _gewinnen_Elemente_der_Mathematik_anwenden_G.docx&usg=AOvVaw36_FdqGUc_6PGBnrmH6kV4

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 30 3. Analyse

Übung 11 zur RGT-Regel: Eisbären⁷

Nicht die Kälte ist für Eisbären problematisch, sondern die eigene Körperwärme. Erkläre, unter Berücksichtigung der RGT-Regel, weshalb das so ist und stelle Verhaltensweisen dar, die Eisbären als Schutz vor Überhitzung einsetzen.

7Abiturprüfung 2003 Hamburg, Aufgabenbeispiele grundlegendes Niveau

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 31 11. Populationswachstum

Die Populationsdichte wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, z.B. nutzbare Fläche, Nahrung, Konkurrenz, Geschlechtspartner, Parasiten, Räuber.

In jeder Population stellt sich eine Populationsdichte ein = Individuenanzahl pro Flächeneinheit.

Diese ist auch abhängig von der Vermehrungsrate einer Population (Geburtenrate und Sterberate). Befindet sich eine Population im Gleichgewicht spricht man vom Erreichen der Tragfähigkeit.

3 Phasen der Populationsentwicklung 1. lag- oder Anlaufphase

Man kann zuerst einen flachen Anstieg erkennen, da nur wenige Gründerindividuen vorhanden sind. Diese benötigen eine gewisse Zeit, um sich an die neuen

Umweltbedingungen zu gewöhnen.

2. log- oder Vermehrungsphase (Exponentielles Wachstum)

Das Wachstum steigt unter Optimalbedingungen (ausreichend Ressourcen, keine

Konkurrenz, keine Fresfeinde) exponentiell. Die Geburtenrate ist höher als die Sterberate.

3. stationäre Phase

Danach folgt das logistische Wachstum: Das Wachstum wird begrenzt, da die Populationsdichte zunimmt. Die Konkurrenz um die Ressourcen wird innerhalb der Population größer. Die Population schwankt um einen optimalen Grenzwert K (Kapazitätsgrenze).

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 32 Ohne neue Ressourcen beginnt die Absterbephase. Die Populationsdichte sinkt, da die Sterbe- höher als die Geburtenrate ist.

Klassische Aufgaben sind bestehende Ökosysteme, in die eine neue Beute oder ein neuer Räuber hinzukommt. Bei der neuen Art kann man meist die klassische Neubesiedelung erkennen, eine Beute oder Futterpflanze gerät unter Druck und eine Konkurrenzart legt plötzlich ein Populationswachstum hin, da sie weniger Frassdruck ausgesetzt ist.

Meist sind zuerst idealisierte Populationsentwicklungen (s. Grafik oben) gefordert, dann tritt die Veränderung ein.

Übung 12: Auf der kleinen, unbewohnten arktischen Insel St. Matthew wurden während des zweiten Weltkriegs 24 weibliche und 5 männliche Rentiere ausgesetzt. Natürliche

Fressfeinde auf der Insel gab es nicht. Nahrungsquelle der Rentiere sind vorwiegend Rentierflechten Cladonia rangiferina.

Stellen Sie den modellhaften Entwicklungsverlauf der Rentierpopulation bis zu einem stabilen Zustand in einem Diagramm dar und erklären Sie den Kurvenverlauf.⁸

8 Biologie Abitur Bayern 2012, A1, 1.2.1

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 33 Übung 13: Die erste bakterielle Besiedelung des vorher sterilen Darmtraktes erfolgt während des Geburtsprozess und kurz danach.

Stellen Sie den Entwicklungsverlauf der Bakterienpopulation bei der Neubesiedlung eines Säuglingsdarms dar und erklären Sie den Kurvenverlauf.⁹

9 Biologie Abitur Bayern 2013, C2, 2.2

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 34 12. Räuber - Beute - Beziehungen

Die Räuber-Beute-Beziehung beeinflusst die Populationsdichte.

Lotka-Volterra-Regeln / Gesetze

Es wird die zahlenmäßige Entwicklung zweier Populationen über große Zeiträume

beschrieben. Alle drei Regeln gelten nur unter der Voraussetzung, dass lediglich zwischen den betrachteten beiden Arten eine Räuber-Beute-Beziehung besteht und die sonstigen biotischen und abiotischen Umweltfaktoren konstant oder zu vernachlässigen sind.

1. Periodische Populationsschwankung

Die Populationsgrößen von Räuber und Beute schwanken periodisch. Dabei folgen die Schwankungen der Räuberpopulation phasenverzögert denen der

Beutepopulation. Die Länge der Perioden hängt von den Anfangsbedingungen und von den Wachstumsraten der Populationen ab.

2. Konstanz der Mittelwerte

Die über genügend lange Zeiträume gemittelten Größen (Mittelwert) der Räuber- bzw. Beutepopulation sind konstant. Die Größe der Mittelwerte hängt nur von den Wachstums- und Rückgangsraten der Populationen, nicht aber von den

Anfangsbedingungen ab.

3. Störung der Mittelwerte

Werden Räuber- und Beutepopulation gleichermaßen proportional zu ihrer Größe dezimiert, so vergrößert sich kurzfristig der Mittelwert der Beutepopulation, während der Mittelwert der Räuberpopulation kurzfristig sinkt.

Achtung! Die Regeln sind in natürlichen Ökosystem nur begrenzt aussagekräftig da auch noch andere biotische und abiotische Faktoren wirken.

Beispiele: Die Räuber können auch andere Nahrung fressen, die Beutedichte schwankt mit der Entfernung zum Räuber, beide Populationen können einer Krankheit oder Parasiten ausgesetzt sein, die Nahrungsgrundlage der Beute ist auch natürlichen Schwankungen ausgesetzt, die Beute kann in Konkurrenz um Nahrung oder Brutplätze mit einer anderen Art geraten...

Bei den meisten Aufgaben sind die Voraussetzungen jedoch erfüllt. Wenn aus der Graphik Unklarheiten entstehen, denke auch an andere Einflüsse und gib diese als Hypothese an.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 35 Übung 14: In der vorherigen Übung 12 haben Sie die Entwicklung der Rentierpopulation graphisch dargestellt.

Stellen Sie nun den modellhaften Entwicklungsverlauf der Flechtendichte in Abhängigkeit von der Rentierpopulation ab dem Aussetzen der Rentiere dar und erläutern Sie den Kurvenverlauf.

Sie können Ihre erste Graphik als Grundlage nutzen.¹⁰

10 Biologie Abitur Bayern 2012, A1, 1.2.2, leicht angepasst an das Skript von D. Hollender

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 36 13. Reproduktionsstrategien / Fortpflanzungsstrategien

Man unterscheiden r- und k- Strategen bei der Besiedlung eines Habitats.

Bei vielen Tierarten ist keine eindeutige Zuordnung der Fortpflanzungsstrategie möglich, dass r- und K-Strategen in der Natur sehr häufig kombiniert vorkommen. Die Zuordnung kann daher nur in Relation zu anderen Arten erfolgen, die im gleichen Lebensraum vorkommen.

r-Strategen, Eigenschaften:

- Arten, die bei der Fortpflanzung eine hohe Reproduktionsrate (r) aufweisen

- viele Nachkommen, die meisten überleben nicht lange (v.a.

niedere Tiere (Quallen, Muscheln, Würmer, Schnecken), Amphibien, Insekten, Spinnen, manche Fische)

- sie nutzen vorhandene Ressourcen über die vorhandene Kapazität hinaus

- Rasche Individualentwicklung und geringe Körpergröße - Kurze Lebensspanne mit hoher Vermehrungsrate

- Früher Fortpflanzungsbeginn, kurze Geburtenabstände, hohe Wurfgröße - Geringe elterliche Fürsorge

- Kleines (leistungsschwächeres) Gehirn

Bedingungen, die eine r-Selektion begünstigen:

- Umweltbedingungen (z. B. Klima) sind hochvariabel

- Variable Sterblichkeitsverhältnisse, häufig katastrophale Populationsgrößeneinbrüche, häufig extreme Nachkommensterblichkeit

- Mortalitätsfaktoren weitgehend unabhängig von der Populationsdichte

- Populationsgröße extrem schwankend, selten die Kapazitätsgrenze des Lebensraumes erreichend

- Möglichkeit der Neu- oder Wiederbesiedlung von Habitaten durch räumliche Ausbreitung („opportunistische Habitatnutzung“)

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 37 K-Strategen, Eigenschaften:

- bleiben mit der Anzahl ihrer Individuen an ihrer Kapazitätsgrenze (k)

- geringere Anzahl von Nachkommen mit dafür höheren Überlebenschancen

- häufig Brutpflege, lange Aufzuchtphase und Kindheit der Nachkommen, ausgeprägtes Lernverhalten

- typische Arten: Säugetiere, manche Reptilien, Vögel

Bedingungen, die eine k-Selektion begünstigen

- die Umweltbedingungen (z. B. Klima) sind relativ konstant - Sterblichkeit abhängig von der Populationsdichte

- Relativ stabile Sterberaten, relativ geringe Kindersterblichkeit

- Populationsgröße relativ konstant, an der Grenze der Kapazität des Lebensraumes - Gesättigte Habitate, keine Erschließung neuer Habitate möglich („konsistente Habitatnutzung“)

- Kaum räumliche Ausbreitung und eher ältere Habitate

In den meisten Aufgaben ist ganz klar ersichtlich, ob es sich um einen r- oder k- Strategen handelt. Meist muss man die Strategen anhand einer Räuber-Beute-Beziehung betrachten.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 38 Übung 15: zu Reproduktionsstrategien¹¹

Arbeite anhand der Materialien 1 und 2.

a. Lies den Text mind. 1x komplett durch und markiere dann nur die relevanten Stellen farbig.

b. Erstelle eine Tabelle mit den Vor- und Nachteilen der Lebensweise von Aphelocoma coerulescens.

c. Werte das Material 2 statistisch aus und begründe anhand deiner Daten ob und warum die Bruthelfer zum Erfolg beitragen.

d. Handelt es sich bei dieser Art um r- oder k-Strategen? Begründe.

Material 1:

„Der Florida-Buschhäher (Aphelocoma coerulescens, Abb.1) kommt ausschließlich auf der Halbinsel Florida vor, im äußersten Südosten der USA. Er ist also eine für dieses Gebiet endemische Art. Als eigenständige Art existiert er dort seit mindestens zwei Millionen Jahren und hat sich neueren molekularbiologischen Erkenntnissen folgend vom Woodhouse-

Buschhäher Aphelocoma woodhouseii abgespalten. Sein Vorkommen ist räumlich von anderen Buschhäherarten isoliert. Verschiedene Arten der Gattung Aphelocoma unterscheiden sich z. B. in der Schnabelform voneinander. Auch die Ernährung variiert.

Einige Arten ernähren sich nicht nur von Eicheln, Nüssen, anderen Früchten und Samen, sondern auch von Kleintieren. Sie sind omnivor. Der Florida-Buschhäher bevorzugt Gebiete mit unberührtem, lockerem Buschbestand. In lichten, unterholzreichen Laubwäldern finden die Vögel ausreichend Nahrung, z. B. Eicheln und andere Waldfrüchte, sowie geeignete Stellen zum Nestbau in den Astgabeln von niedrigen Bäumen oder Büschen. Diese Lebensräume sind jedoch in Florida recht selten, und die einzelnen Gebiete liegen weit verstreut. Außerhalb der Paarungszeit leben Florida-Buschhäher paarweise, in kleinen Familiengruppen oder in kleinen Nichtbrütergemeinschaften. Als Einzelgänger treten sie nur selten auf, denn es handelt sich bei ihnen um ausgesprochen soziale Vögel. Während der Paarungszeit jedoch zeigen sie ein territoriales Verhalten. Brutpaare, die stets lebenslang zusammenbleiben, besetzen dann ein Revier und verteidigen dieses gegen konkurrierende Brutpaare. Zu den Fressfeinden der Florida-Buschhäher zählen vor allem Greifvögel. Eier und Junge werden dagegen häufig von Schlangen gefressen. Die Eltern greifen Schlangen in Nestnähe mit Schnabelhieben und gegebenenfalls auch mit ihren Klauen heftig an.

Beobachtungen zeigten, dass in etwa der Hälfte der Reviere die Revierinhaber bis zu

maximal sechs Artgenossen dulden, die nicht selber brüten, sondern anstelle dessen bei der Aufzucht der Jungen, der Revierverteidigung und der Abwehr von Schlangen helfen. Reviere mit Helfern sind größer als die von Brutpaaren ohne Helfer. Es kommt vor, dass Helfer (früher oder später) Teile des Reviers für sich zum Brüten beanspruchen und dann ihrerseits verteidigen.

11http://li.hamburg.de/contentblob/4300578/6788b963262837ac8f00314b7c0d5da6/data/2016-06-29-biologie-neu-abitur.pdf

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 39 Material 2: Bruterfolg im Vergleich

Jährlicher Bruterfolg bei unerfahrenen und erfahrenen Elternpaaren (Angaben beziehen sich jeweils auf 100 Paare).

Vergleichskriterien Elternpaare ohne

Bruterfahrung Elternpaare mit Bruterfahrung ohne Helfer 103 flügge Jungvögel 162 flügge Jungvögel mit Helfer 206 flügge Jungvögel 220 flügge Jungvögel b. Vor- und Nachteile

c. Auswertung Material 2

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 40 d. Begründung r- oder k-Stratege

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 41 Übung 16: Rentiere werden bis zu 15 Jahre alt und bis zu 350 kg schwer. Die Jungtiere

erreichen oft erst im dritten Lebensjahr die Geschlechtsreife. Ab dann wird von en weiblichen Tieren nach ca. 220 Tagen Trächtigkeitsdauer für gewöhnlich nur ein Kalb geboren. Je nach Unterart wiegen die Kälber bei der Geburt ca. 10 kg. 45 Tage lang werden sie ausschließlich mit gesäugt, mit ca. 6 Monaten werden sie entwöhnt.

Erläutern Sie anhand des Textes die Fortpflanzungsstrategie des Rentiers!¹²

12 Biologie Abitur Bayern 2012, A1, 1.1

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 42 14. Symbiose und Parasitismus

Symbiose/ Mutualismus ist die gesetzmäßige Vergesellschaftung artverschiedener Organismen, die für beide Symbiosepartner von Vorteil ist.

Meist wird der größere Symbiosepartner als Wirt, der kleinere als Symbiont bezeichnet.

Lebt der Symbiont außerhalb des Wirtskörpers, so spricht man von einer Ektosymbiose, lebt er in dessen Innern (z.B. Darm oder Leibeshöhle), von einer Endosymbiose.

Die Mehrzahl der Symbiosen steht in unterschiedlicher Weise in Zusammenhang mit der Ernährung (z.B. Nahrungserwerb, Aufschließen von schwer zugänglicher oder Komplettieren von einseitiger Nahrung, Austausch von Stoffwechselprodukten), andere dienen der Fortpflanzung (z.B. Bestäubung von Blütenpflanzen) oder dem Schutz vor Feinden (Verteidigung, Tarnung, Nesselschutz).

Vielen Symbiosen ist ein im Verlaufe langer gemeinsamer stammesgeschichtlicher

Entwicklung erworbener hoher Grad wechselseitiger Anpassung gemeinsam -> Koevolution.

Parasitismus / Schmarotzertum: Wechselwirkung zweier Organismenarten in einem Parasit- Wirt-System.

Der Parasit und der Wirt haben im allgemeinen direkten Körperkontakt, der Parasit entzieht dem Wirt Nahrung, schädigt ihn dadurch, tötet ihn aber nicht. Parasiten die ihre Wirte töten, werden Parasitoide genannt.

Der Parasit ist kleiner als der Wirt und hat ökologisch im Gegensatz zu allen anderen Organismen eine "doppelte" Umwelt (1. Körper des Wirts, 2. dessen Umwelt).

Es gibt keine größere Tiergruppe ohne parasitäre Feinde, umgekehrt hat praktisch jede große Tiergruppe Parasiten hervorgebracht

Langfristig hat die Wechselwirkung die auffallende Koevolution zwischen Parasiten- und Wirtsarten bewirkt.

Der Wirt versucht sich dem Parasiten zu entziehen, der Parasit muss sich wieder anpassen.

Der Körper der Parasiten lässt vielfältige Folgen des Zusammenlebens mit dem Wirtstier erkennen: morphologisch Anheftungsorgane, mangelnde Ausbildung von Sinnesorganen und Darm, starke Ausbildung der Geschlechtsorgane; physiologische Folgen sind

Nahrungsaufnahme durch die Körperoberfläche (aktiver Transport, Endocytose), Vorhandensein spezifischer Abbauenzyme, Fehlen anderer Abbauenzyme (die der Wirt liefert), weite Verbreitung des anaeroben Kohlenhydratabbaues und ungewöhnliche Stoffwechselwege.

Das Verhalten der Parasiten kann sehr spezialisiert sein.

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 43 Übung 17: Flechten sind eine symbiotische Gemeinschaft aus heterotrophen Pilzen und autotrophen Algen. Mit deren kombinierten Fähigkeiten können Flechten auch extreme Standorte besiedeln.

Erklären Sie unter dem Gesichtspunkt der Ernährung, worin der gegenseitige Nutzen dieses Zusammenlebens besteht!¹³

Übung 18: Die grüne Samtschnecke gilt als Modellsystem um die Entstehung von eukaryotischen Zellen mit Chloroplasten und Mitochondrien vor etwa 2 Mrd. Jahren zu verstehen. Nach der Endosymbiontentheorie haben sich diese Zellorganellen aus ehemals freilebenden Bakterien entwickelt. Sie wurden von einer Wirtszelle durch Endozytose

aufgenommen, anschließend jedoch nicht verdaut. Danach lebten sie als Endosymbionten in der Wirtszelle weiter.

Nennen Sie je einen Vorteil, der sich einerseits für die Mitochondrienvorläufer und andererseits für deren Wirtszellen durch die Endosymbiose ergibt.¹⁴

13 Biologie Abitur Bayern 2012, A1, 2.1

14 Biologie Baden-Württemberg 2013, II, 3.1

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 44 Übung 19: Zahlreiche afrikanische und südamerikanische Akazienarten beherbergen

Ameisen und werden deshalb als Ameisen-Akazien bezeichnet. Dies machen einige morphologische Besonderheiten deutlich. So befinden sich die Ameisenbauten in hohlen Dornen. Zahlreiche Blattnektarien sorgen zusammen mit Protein- und Fettkörpern an den Blattspitzen für die Ernährung der Insekten. Es handelt sich dabei um eine Symbiose zwischen den Bäumen und ihren Untermietern. Ameisen reagieren sehr empfindlich auf ungebetenen Besuch. Sofort sammeln sie sich an den Zweigen die gerade beweidet werden und gehen zum Angriff über um die Pflanzenfresser mit gezielten Bissen ins Gesicht in die Flucht zu schlagen.

Erklären Sie unter energetischen Gesichtspunkten warum die Symbiose für die Ameisen- Akazie von Vorteil ist.¹⁵

15 Biologie Baden-Württemberg 2012, III, 5.2

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 45 15. Intra –und Interspezifische Konkurrenz

Konkurrenz ist eine Form der antagonistischen Beziehungen zwischen verschiedenen Individuen. Sie beruht auf der Ausnutzung / Exploitation von Ressourcen.

Man unterscheidet 2 Arten: intraspezifisch und interspezifisch

- die intraspezifische Konkurrenz ist der ökologische Wettbewerb um Lebensraum und Ressourcen innerhalb von Populationen, also zwischen mehreren Individuen einer Art.

Diese Konkurrenz dient zur Regulation der Populationsdichte und übt einen evolutiven Druck auf die Population aus.

Vorteile der Vergesellschaftung / Zusammenleben als Herde, Staat, Familie etc.:

- Schutz, Erfolg in Aufzucht der Jungen / Bruthelfer, Arbeitsteilung / Spezialisierung

- Gleichzeitig Konkurrenz um alle Ressourcen, da alle Individuen der Population die gleichen Bedürfnisse und das gleiche Verhalten aufweisen.

- die interspezifische Konkurrenz ist der Wettbewerb um Ressourcen zwischen Individuen verschiedener Arten.

- sie ist einer der wichtigsten Einflussfaktoren der Populationsdynamik, wirkt als Selektionsfaktor und bewirkt damit auch Evolution.

Achtung! Es können auch Individuen miteinander in Konkurrenz stehen, die sich nie direkt begegnen, z. B. wenn sie dieselbe Nahrung nutzen.

Konkurrenz zwischen Arten ist in der Regel asymmetrisch, d. h. die Auswirkungen auf die eine konkurrenzunterlegene Art sind viel stärker als diejenigen auf die

konkurrenzüberlegene Art.

Oft weicht die unterlegene Art aus -> Einnischung, die ökologischen Nischen der konkurrierenden Arten überlappen sich dann weniger stark.

Bei Konkurrenz um eine wesentliche und nicht substituierbare Ressource kann der

überlegene Konkurrent den unterlegenen aus dem gemeinsamen Lebensraum verdrängen ->

Konkurrenzausschluss. Dadurch wird die unterlegene Art gezwungen ein neues Habitat zu besiedeln – evolutiver Druck -> bis hin zur Entstehung neuer Art.

1. 2 Arten von Pantoffeltierchen werden separat gehalten.

Beobachtung bis zur stationären Phase

2. 2 Arten werden zusammen ge- bracht – die eine verdrängt die andere

-> Konkurrenzausschluss

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 46 16. Sexualdimorphismus / Geschlechtsdimorphismus / sekundäres Geschlechtsmerkmal Der Sexualdimorphismus bezeichnet deutliche Unterschiede

in Erscheinung, Körperfunktionen oder Verhalten zwischen männlichen und weiblichen Indivi duen derselben Art, die nicht auf die Geschlechtsorgane bezogen sind.

Bei den meisten Tieren sind die sekundären Geschlechtsmerkmale ab der

Fortpflanzungsreife dauerhaft, bei einigen treten sie nur zur Paarungszeit auf. Ausgelöst werden sie meist durch Geschlechtshormone, die zu einem unterschiedlichen Aussehen und Verhalten führen.

Unterschiede im Erscheinungsbild - Körpergröße

Männchen sind größer oder kleiner (v.a. Spinnen) als die Weibchen.

Extremfall: Zwergmännchen, Männchen ist nur noch Anhängsel des Weibchens, v.a. bei niederen Tieren und Fischen.

- Färbung

Unterschiede in der Körperoberfläche werden als Sexualdichroismus bezeichnet. Meist findet sich eine Prachtfarbe bei Vögeln, Fischen und Säugetieren.

Unterschiedliche Organausbildungen

- Waffen für den Kampf zwischen den Männchen (Gehörn von Schafen, vergrößerte Eckzähne etc.)

- Merkmale um Aufmerksamkeit zu erregen (z. B. Hahnenkamm, Duftdrüsen für Pheromone, Schwanzfedern etc.)

- Sensoren, um die Reize eines Geschlechtspartners wahrzunehmen (Antennen der Schmetterlinge).

- unterschiedlich ausgeprägte Körperbehaarung bei Säugetieren (Brust- und Bartbehaarung des Menschen, Mähne der Löwen)

Zusätzliche Organbildungen

- Waffen für Rivalitätskämpfe (Geweih der Hirsche, Sporn der Hähne) - Merkmale um Aufmerksamkeit zu erregen (Pfauenrad, Leuchtorgane bei Leuchtkäfern)

- Organe zur Brutpflege (voll ausgebildete Milchdrüsen bei weiblichen Säugetieren, Bruttaschen bei Seenadeln)

Abbildung 10, Rutenangler, Quelle:

Wikipedia

Abbildung 11: Reiherente Quelle: Wikipedia

Abbildung 12:

Hahnenschweifwida, Männchen, Quelle: Wikipedia

Abbildung 13: Seenadel, Quelle: www.corneli.de

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 47 17. Weitere Übungen

Übung 20: Geparden hatten einst ein riesiges Verbreitungsgebiet, das von Südafrika bis nach Afghanistan reichte.

Bis zum Ende der letzten Eiszeit vor 10.000 Jahren wurden die Geparden drastisch auf eine kleine Restpopulation reduziert. Danach breiteten sie sich in den Savannen Afrikas und Asiens wieder aus und konnten bis in unsere Zeit überleben.

1. Definieren Sie den Begriff Population.¹⁶

2. Beschreiben Sie, wie die Veränderung eines Klimafaktors zur Verringerung der Gepardenpopulation geführt haben könnte.¹⁷

16 Biologie Baden-Württemberg 2010, II, 3.1

17 Biologie Baden-Württemberg 2010, II, 3.2

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 48 Übung 21: Der Waschbär Procyon lotor ist ein ursprünglich in Nordamerika heimisches Säugetier, das sich zu etwas je einem Drittel aus pflanzlicher Kost, Wirbellosen und kleinen Wirbeltieren ernährt. Entscheidend für die Populationsentwicklung in Deutschland war die Aussetzung von zwei Waschbärenpaaren am nordhessischen Edersee am 12.4.1934. Bereits 1956 wurde der Bestand um den Erdersee auf 285 Exemplare geschätzt.

1. In der folgenden Tabelle ist die ungefähre Anzahl erlegter Waschbären in Deutschland in verschiedenen Jahren dargestellt.

1996 - 1997

1997 - 1998

1998 - 1999

1999 -2000

2000 - 2001

2001 - 2002

2002 - 2003

2003 - 2004

2004 - 2005

2005 - 2006

2006 - 2007

2007 - 2008

2008 - 2009 6300 6300 6300 8000 9600 16000 20000 21000 23000 24000 25000 36000 56000

Stellen Sie ausgehend von den Werten in Text und Tabelle einen Entwicklungsverlauf der Waschbärpopulation in Deutschland seit 1934 grafisch dar und begründen Sie diesen!¹⁸

18 Biologie Abitur Bayern 2016, C1, 1.1

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 49 Der Aktionsraum (= Hauptaufenthaltsgebiet) von Waschbären in verschiedenen

Lebensräumen ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Der Soling ist ein vor allem mit Kiefern und Buchen bewachsenes Mittelgebirge in Niedersachsen mit einigen

Feuchtbiotopen, während der Müritz-Nationalpark in Mecklenburg-Vorpommern ein ausgedehntes, in Mischwald eingebettetes Gewässersystem besitzt.

2. Vergleichen Sie die Aktionsraumgrößen von weiblichen und männlichen Waschbären und formulieren Sie eine mögliche Erklärung für den Unterschied!¹⁹

3. Vergleichen Sie die Aktionsraumgrößen im Solling und der Stadt Kassel und formulieren Sie eine begründete Hypothese dafür, warum die für beide Geschlechter gemessenen Werte in der Stadt Kassel stark von denen in den Naturräumen abweichen!²⁰

19 Biologie Abitur Bayern 2016, C1, 1.2.1

20 Biologie Abitur Bayern 2016, C1, 1.2.2

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 50 Übung 22: Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Ornithologie untersuchten in

aktuellen Studien die Auswirkungen der nächtlichen Beleuchtung in Städten auf dort lebende Singvögel. Es konnte u.a. herausgefunden werden, dass Amseln unter dem Einfluss künstlich erhellter Nächte früher im Jahr mit dem arttypischen Gesang beginnen, ebenso setzen das Ansteigen des Testosteronspiegels und das Hodenwachstum der Männchen jahreszeitlich früher ein.

Begründen Sie unter Einbezug der im Text gegebenen Informationen, welcher Effekt in Bezug auf die Fitness der betroffenen Amselpopulationen erwartet werden kann!²¹

21 Biologie Abitur Bayern 2016, B1, 3

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 51 Übung 23: Einer der gefürchtetsten Maisschädlinge ist der Maiszünsler Ostrinia nubilalis, ein Kleinschmetterling, der seine Eier auf der Blattunterseite von Maispflanzen ablegt. Die geschlüpften Raupen fressen dann neben den Blüten auch das Mark der

Maispflanzenstängel.

Stellen Sie den Zusammenhang zwischen der Populationsgröße des Maiszünslers, der Anzahl seiner Fressfeinde und der Maisanbaufläche in einem Pfeildiagramm (je-mehr/weniger- desto-Beziehung) dar und erläutern Sie die von Ihnen dargestellten Zusammenhänge!²²

22 Biologie Abitur Bayern 2015, C1, 3.1

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 52 Übung 24: Der afrikanische Elefant Loxodonta africana ist das größte Landsäugetier der Gegenwart. Seine Nahrung besteht hauptsächlich aus Gräsern, Blättern, Wurzeln, Rinde, Holz und Früchten. Erwachsene Tiere benötigen etwa 200 – 300 kg pflanzliche Nahrung pro Tag. Die Lebenserwartung afrikanischer Elefanten beträgt 50 – 60 Jahre. Eine Elefantenkuh bringt während ihres Lebens durchschnittlich 7 Jungen zur Welt. Die Tragzeit beträgt 20 bis 22 Monate.

In vielen Bereichen Afrikas erlebten die Elefantenpopulationen in Teilen des 19.

und 20. Jahrhunderts einen dramatischen Rückgang. Ursachen waren vor allem Elfenbeinjäger sowie der starke Zuwachs der afrikanischen Bevölkerung und die damit verbundene Ausweitung von Weideflächen für Nutztiere. Zum Schutz der Elefanten wurden vielerorts

Nationalparks gegründet. Die folgende Abbildung zeigt die

Vegetationsbedeckung im Gebiet des Chobe-Nationalparks.

Beschreiben Sie die Aussagen des Diagramms und leiten Sie eine begründete Hypothese zur Veränderung der Vegetation im Chobe-Nationalpark durch Elefanten ab.²³

23Biologie Abitur Bayern 2015, B2, 1

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 53 Übung 25: Löwen leben meist in Rudeln, die aus mehreren Weibchen, deren Jungtiere und meist nur einem Männchen bestehen. Die Löwinnen des Rudels paaren sich mit dem

Männchen. Sie werfen nach einer Tragzeit von 100-120 Tagen im Durschnitt 3 Jungtiere, die zunächst nur von der Mutter und ab der vierten Woche gemeinschaftliche auch von anderen Weibchen gesäugt werden.

Die Jungtiere bleiben nach ihrer Entwöhnung noch bei der Mutter im Rudel, bevor sie mit ca.

48 Monaten als Halbwüchsige gelten und bald selber geschlechtsreif werden. Erst nach dieser Zeit kann die Mutter wieder neuen Nachwuchs bekommen.

Männliche Löwen konkurrieren um den Besitz eines Rudels. Gelegentlich vertreiben neue Männchen die bisherigen Rudelführer.

In einem Löwenrudel beobachtet man direkt nach der Übernahme des Rudels durch eine neues Männchen des sogenannten Infantizid: Die Jungtiere werden getötet.

Erläutern Sie dieses Verhalten aus ökologischen und Reproduktionsvorteilen unter dem Aspekt der Fitness!²⁴

24 Biologie Abitur Bayern 2012, C2, 1.1 Aufgabe leicht verändert durch D. Hollender

Nachhilfe für die Besten | Skript: Ökologie und Nachhaltigkeit |Biologie Abitur Hamburg, Stand 2019 54 17. Lösungsvorschläge zu den Übungen

Übung 1: Nahrungsbeziehungen und Trophieebenen²⁵

Ordne die in Abb. 1 dargestellten Organismen tabellarisch den Trophieebenen eines Ökosystems zu! Ergänze fehlende Komponenten und gib deiner Tabelle eine Überschrift!

Trophieebene Organismus

Produzenten Pflanzen wie Rotalgen

Konsumenten I. Ordnung

Herbivore Papageienfisch

Goldring Doktorfisch Krustentiere Nasenfisch

Konsumenten 2. Ordnung Schnapper

Konsumenten 3. Ordnung

Carnivore Blaugefleckter Zackenbarsch

Barrakuda Pferdemakrele Konsumenten 4. Ordnung

Gipfelräuber Barrakuda

Pferdemakrele

Destruenten Nicht angegeben

Übung 6: Die Schwarzmündige Bänderschnecke Cepaea nemoralis besitzt ein großes Verbreitungsgebiet, das sich von Norwegen bis Spanien erstreckt und von der <Küste bis in die Alpen Höhenunterschiede von 1200 Metern abgedeckt.

Man findet sie in so unterschiedlichen Lebensräumen wie Wiesen oder Wäldern. Die Bänderschnecke weist eine große Vielfalt an Gehäusen auf. Diese können gelb, rot, oder braun und durch bis zu fünf Bänder gemustert sein.

Die folgende Abbildung zeigt die Untersuchungsergebnisse der Zusammensetzung des Farb- und Bänderspektrums von Cepaea nemoralis in unterschiedlichen Lebensräumen.

Beschreiben Sie das Verhältnis von gelben zu braunen sowie von gebänderten zu ungebänderten Gehäusevariationen von Cepaea nemoralis in Abhängigkeit vom Lebensraum und stellen Sie zwei begründete Hypothesen auf, die diese

Verhältnisse erklären.²⁶

!Strukturiere deine Antwort und wiederhole dich nicht!

Du kannst als Hilfestellung eine Tabelle anfertigen mit allen Varianten und Lebensräumen.

gelb + ungebändert -> kaum vorhanden braun + gebändert -> kaum vorhanden Wald: meist braun + ungebändert Hecke: meist gelb + gebändert

Wiese: deutliche Variationen, keine eindeutige Zuordnung, gelb gebändert jedoch etwas häufiger (Achtung, geringe Datenlage!)

Hypothese 1:

Hecke: gelb + gebändert ähnelt Ästen und Blättern – Tarnung, zudem Kontrast bei dieser Variante sehr hoch.

Bei braun + gebändert Muster nicht gut erkennbar, da wenig Kontrast.

Hypothese 2:

Wald: dunkle Gehäuse absorbieren mehr Licht -> mehr Energie -> Wärme. Für wechselwarme Tiere sehr wichtig!

Dunkles Gehäuse = Tarnung

25 Abitur 2003 Hamburg, Beispielaufgaben. Grundlegendes Niveau

26 Biologie Abitur Bayern 2014, B2, 1.2