Schulfach Biologie Oberstufe
Ökologie lernen mit Karteikarten: Ökosystem, Nahrungsnetz, Kreisläufe
Ökologie untersucht die Wechselbeziehungen zwischen Organismen und ihrer abiotischen und biotischen Umwelt. Ökosysteme regulieren Energie- und Stoffflüsse. Populationsdynamik, Konkurrenz, Symbiosen und biogeochemische Kreisläufe wie Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf sind Kernthemen der Oberstufe.
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Ökologie strukturiert aufarbeiten
Ökologie wirkt auf den ersten Blick deskriptiv. Der Schlüssel sind quantitative Beziehungen: Energiepyramide, Wachstumsmodelle, Regelkreise.
- Ökosystem-Ebenen: Individuum, Population, Biozönose (Lebensgemeinschaft), Biotop (Lebensraum), Ökosystem = Biozönose + Biotop. Biosphäre = alle Ökosysteme der Erde.
- Nahrungsnetz und trophische Ebenen: Produzenten (Photoautotrophe, 1. trophische Ebene), Primärkonsumenten (Herbivore), Sekundärkonsumenten (Karnivore), Destruenten (Zersetzer). Energietransfer zwischen Ebenen: ca. 10% (90% Verlust durch Dissipation, Exkretion, Atmung).
- Populationsdynamik: Exponentielles Wachstum (unbegrenzte Ressourcen: dN/dt = r·N), logistisches Wachstum (Kapazitätsgrenze K: dN/dt = r·N·(K-N)/K). Räuber-Beute-Zyklen (Lotka-Volterra), K- vs. r-Strategen.
- Biotische Beziehungen: Konkurrenz (intraspezifisch/interspezifisch), Prädation, Parasitismus, Mutualismus (beide profitieren), Kommensalismus (einer profitiert, anderer unberührt).
- Biogeochemische Kreisläufe: Kohlenstoffkreislauf (Photosynthese, Atmung, Verbrennung, Kalkbildung). Stickstoffkreislauf (N₂-Fixierung durch Rhizobium/Azotobacter, Nitrifikation, Denitrifikation). Stickstoff ist häufig limitierender Faktor.
Alle Karten in diesem Set
| Vorderseite | Rückseite |
|---|---|
| Was ist ein Ökosystem? | Die Einheit aus Lebensgemeinschaft (Biozönose) und Lebensraum (Biotop) einschließlich aller Wechselwirkungen zwischen Organismen untereinander und mit abiotischen Faktoren. |
| Was sind abiotische Umweltfaktoren? Nenne vier Beispiele. | Nicht-lebende Faktoren: Temperatur, Licht, pH-Wert, Salinität, Bodenbeschaffenheit, Feuchtigkeit, CO₂-Konzentration. |
| Was ist die ökologische Nische? | Die Gesamtheit aller abiotischen und biotischen Bedingungen, unter denen eine Art langfristig überleben und sich reproduzieren kann. Hutchinsons n-dimensionaler Hyperraum. |
| Was besagt das kompetitive Ausschlussprinzip (Gause)? | Zwei Arten mit identischer ökologischer Nische können auf Dauer nicht im gleichen Lebensraum koexistieren: eine verdrängt die andere oder eine Art spezialisiert sich (Nischendifferenzierung). |
| Was sind Produzenten, Konsumenten und Destruenten? | Produzenten: Autotrophe (Pflanzen, Cyanobakterien) synthetisieren organische Substanz. Konsumenten: Heterotrophe ernähren sich von anderen Organismen. Destruenten: Zersetzer (Pilze, Bakterien) mineralisieren totes organisches Material. |
| Wie viel Energie wird zwischen trophischen Ebenen weitergegeben? | Durchschnittlich ca. 10% (Zehner-Regel). 90% gehen durch Wärmeabgabe (Zellatmung), Exkretion und nicht verdaute Biomasse verloren. Deshalb sind lange Nahrungsketten energetisch ineffizient. |
| Was ist logistisches Populationswachstum? | Wachstum, das durch eine Kapazitätsgrenze K (carrying capacity) begrenzt wird. Modell: dN/dt = r·N·(1 - N/K). Zunächst exponentiell, dann Verlangsamung bei Annäherung an K, S-förmige Wachstumskurve. |
| Was ist der Unterschied zwischen K- und r-Strategen? | r-Strategen: Hohe Reproduktionsrate, viele Nachkommen, geringe Elternfürsorge, kurzlebig (z.B. Insekten, Mäuse). K-Strategen: Wenige Nachkommen, hohe elterliche Investition, langlebig, Populationsgröße nahe K (z.B. Elefanten, Menschen). |
| Wie funktionieren Lotka-Volterra-Zyklen? | Räuber-Beute-Populationen schwingen zeitversetzt: Beutepopulation steigt → Räuberpopulation steigt → Beutepopulation sinkt → Räuberpopulation sinkt → Beutepopulation erholt sich. Stabilisierender Regelkreis. |
| Was versteht man unter dem Kohlenstoffkreislauf? | Photosynthese bindet CO₂ in organische Moleküle. Zellatmung, Verbrennung und Verrottung setzen CO₂ frei. Tiefenlagerung in Kalk und fossilen Brennstoffen (langfristiger Speicher). Industrielle Verbrennung erhöht atmosphärisches CO₂. |
| Was sind die Schritte des Stickstoffkreislaufs? | N₂-Fixierung (atmosphärischer Stickstoff zu NH₄⁺, durch Rhizobium oder Blitze), Nitrifikation (NH₄⁺ zu NO₂⁻ zu NO₃⁻), Assimilation (Pflanzen nehmen NO₃⁻ auf), Ammonifikation (Abbau zu NH₄⁺), Denitrifikation (NO₃⁻ zu N₂). |
| Was ist biologische Stickstoff-Fixierung? | Reduktion von N₂ zu NH₄⁺ durch das Enzym Nitrogenase in Bakterien. Beispiele: Rhizobium (lebt in Wurzelknöllchen von Leguminosen), freilebende Azotobacter. Benötigt viel ATP und anaerobe Bedingungen für Nitrogenase. |
| Was ist eutrophication? | Überdüngung von Gewässern durch Nährstoffeintrag (v.a. Nitrat, Phosphat aus Landwirtschaft). Folge: Algenblüten, Sauerstoffmangel beim Abbau abgestorbener Algen (Sauerstoffschwund), Fischsterben. |
| Was ist der Unterschied zwischen Parasitismus und Mutualismus? | Parasitismus: Ein Partner (Parasit) profitiert, der andere (Wirt) wird geschädigt (z.B. Bandwurm). Mutualismus: Beide Partner profitieren von der Beziehung (z.B. Mykorrhiza: Pilz+Pflanzenwurzel, Clownfisch+Seeanemone). |
| Was ist Sukzession? | Gerichtete zeitliche Abfolge von Biozönosen auf einer Fläche. Primärsukzession: auf unbelebtem Substrat (Pioniergesellschaft bis Klimaxgesellschaft). Sekundärsukzession: auf gestörtem, aber bodenbehaftetem Areal. |
| Was ist der Unterschied zwischen Photosynthese-Brutto- und Nettoproduktion? | Bruttoproduktion (GPP): gesamte durch Photosynthese gebundene Energie. Nettoproduktion (NPP): GPP minus Energieverlust durch Eigenatmung der Pflanze. NPP steht für Konsumenten zur Verfügung. |
| Was versteht man unter Bioakkumulation? | Anreicherung persistenter Schadstoffe (z.B. DDT, Schwermetalle) in Organismen, die sich nicht oder kaum abbauen. Mit jeder trophischen Ebene steigt die Konzentration (Biomagnifikation), oft 10-fach pro Ebene. |
| Was ist eine Schlüsselart (keystone species)? | Eine Art mit überproportional großem Einfluss auf das Ökosystem relativ zu ihrer Biomasse. Ihr Fehlen verändert Artenstruktur drastisch, z.B. Seestern Pisaster (reguliert Muscheln) oder Wolf im Yellowstone (reguliert Herbivore). |
| Was sind Toleranzkurven in der Ökologie? | Grafiken, die zeigen, wie die Fitness einer Art mit einem abiotischen Faktor (z.B. Temperatur) variiert. Sie haben ein Optimum und Toleranzgrenzen (Minimum, Maximum). Im Liebig-Minimumgesetz ist der am stärksten limitierende Faktor entscheidend. |
| Was ist der Treibhauseffekt und wie unterscheidet sich natürlicher von anthropogenem? | Natürlicher Treibhauseffekt: Treibhausgase (H₂O, CO₂, CH₄) halten Wärme in der Atmosphäre, halten Erde ~33°C wärmer als ohne Atmosphäre. Anthropogen: Verbrennung fossiler Brennstoffe erhöht CO₂ (von 280 ppm präindustriell auf >420 ppm, 2024), verstärkt Erwärmung. |
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Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Biotop und Biozönose?
Biotop ist der Lebensraum (abiotische Faktoren wie Boden, Wasser, Klima). Biozönose ist die Lebensgemeinschaft (alle Organismen, die im Biotop leben). Zusammen bilden sie das Ökosystem.
Warum ist Stickstoff häufig der limitierende Faktor im Ökosystem?
Obwohl N₂ 78% der Atmosphäre ausmacht, können die meisten Organismen molekularen Stickstoff nicht direkt nutzen. Sie sind auf fixierten Stickstoff (NH₄⁺, NO₃⁻) angewiesen, der in vielen Böden und Gewässern knapp ist.
Was versteht man unter Biodiversität und warum ist sie wichtig?
Biodiversität umfasst genetische Vielfalt, Artenvielfalt und Ökosystemvielfalt. Hohe Biodiversität stabilisiert Ökosysteme (Redundanz), erhöht Resistenz gegen Störungen und sichert Ökosystemdienstleistungen wie Bestäubung, Wasserreinigung und CO₂-Bindung.