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Wiederholung: Ökologie
Zunächst zu den Grundlagen: Bei der Thematik "Ökologie" wird gelegentlich auf Wissen aus der zehnten Jahrgangsstufe zurückgegriffen. Auch im normalen Q11-Unterricht wiederhole ich diese Grundlagen nicht ausführlich, sondern verweise lediglich auf ein Skript aus der zehnten:
Skript "Ökologie" (10. Jahrgangsstufe) als pdf-Datei
Die Hefteinträge sind zwar kurz, sollten aber verständlich sein. Es geht hauptsächlich darum, dass ihr euch unter bestimmten Begriffen etwas vorstellen und diese auch bei Erklärungen sicher verwenden könnt:
- Produzenten, Konsumenten, Destruenten
- Ökosystem, Biotop, Biozönose
- Biotische und abiotische Umweltfaktoren
Es wird im Kolloquium aber sicher keine Fragen geben: "Was bedeutet Biotop?"
- Wenn ihr zu den Vitalitätskurven etwas machen möchtet, dann könnt ihr im neuen Wiki die Einheit Biologie5 und Biologie6 auf der folgenden Seite bearbeiten: [Hier klicken]. Für einige Aufgaben ist dazu zwar das Buch aus der zehnten Jahrgangsstufe nötig, aber diese Aufgaben könnt ihr überspringen.
- Das Konkurrenzausschlussprinzip, das stark mit dem Begriff der ökologischen Nische zusammenhängt, ist für mich aus biologischer Sicht ein äußerst spannendes Prinzip. In der zehnten Jahrgangsstufe mache ich dazu viele Beispiele. Im Kolloquium habe ich jedoch noch nie darauf Bezug genommen und habe es auch nicht vor. Falls ihr trotzdem dazu mehr wissen möchtet: Das Video von simpleclub ist ganz o.k.:
- Den Punkt "Populationsschwankungen" bespreche ich in der Q11 erneut (auch in der folgenden Einheit).
Neu: Populationsentwicklung
Dieser Punkt soll folgende Fragen klären:
- Welche mathematischen Grundsätze stecken hinter der zahlenmäßigen Entwicklung einer Population?
- Welche Umweltfaktoren spielen eine Rolle?
- Kann man das Fortpflanzungsverhalten von Tieren, welches eng mit der Populationsentwicklung zusammenhängt, in unterschiedlich Kategorien einteilen?
Mathematische Grundsätze: Exponentielles Wachstum
Stellt euch folgendes Beispiel vor: Vor 100 Jahren gerät ein Handelsschiff in einen Sturm, erleidet Schiffbruch und geht mitten im Meer unter. Auf dem Schiff befanden sich versteckt zwischen den Vorräten der Besatzung etliche Ratten. Nahezu alle sterben beim Sinken des Schiffes, lediglich ein Pärchen kann sich im Sturm lange genug über Wasser halten, bis es schließlich auf eine von Tieren nahezu unbewohnte Insel gespült wird. Es gibt etliche Pflanzen, die Früchte produzieren und gelegentlich nisten auch Vögel auf der Insel, von deren Eiern sich die Ratten gelegentlich welche stibitzen können. Die Ratten sind letztlich in einem "Paradies" gelandet: Es gibt genügend Ressourcen und keine Feinde. Nehmt an, dass dieses Ratten-Paar in einem Jahr acht Jungtiere zur Welt bringt, gleich viele Männchen und Weibchen. Von dieser Familie sterben zwei Tiere (idealerweise ein Männchen und ein Weibchen) im Verlauf des Jahres z.B. weil sie zu neugierig waren. Nach einem Jahr befinden sich folglich acht Tiere auf der Insel.
- Berechnet, wie viele Tiere sich nach zwei, drei, vier, fünf und sechs Jahren auf der Insel befinden, wenn sich an den Bedingungen (jeweils 8-2 Tiere Zuwachs pro Paar ) ändert!
- Zeichnet eine Grafik (oder lasst Excel eine Grafik zeichnen), die die Anzahl der Tiere (die "Populationsgröße") auf der Insel in Abhängigkeit von der Zeit zeigt!
Mathematische Grundsätze: Logistisches Wachstum
Selbstverständlich kann die vorher gezeichnete Kurve nicht allgemein gelten. Bleiben wir beim Beispiel mit den Ratten auf einer einsamen Insel: Innerhalb weniger Jahre wäre die gesamte Oberfläche der Insel komplett mit Ratten bedeckt. Dieser Zustand wird sich in der Realität nie einstellen. Grund dafür sind sogenannte dichteabhängige Faktoren, die dafür Sorgen, dass bei einer hohen Dichte an Tieren die Geburtenraten zurückgeht bzw. die Sterberate steigt, auf jeden Fall also die Wachstumsrate (r) sinkt.
Überlege selbst, welche Faktoren das sein könnten und wie (über welche Mechanismen) diese Faktoren die Geburtenrate bzw. die Sterberate beeinflussen!
Zusammengefasst bedeutet das: In unserem theoretischen Beispiel von schiffbrüchigen Ratten würden nach einer exponentiellen Vermehrungsphase nach und nach dichteabhängige Faktoren immer stärker wirken, die dazu führen, dass die Wachstumsrate immer stärker sinkt. Im theoretischen Idealfall nähert sich die Anzahl der Tiere einem Grenzwert an, bei dem genauso viele Tiere sterben, wie neu geboren werden. Die Anzahl der Tiere in einem bestimmten Gebiet ändert sich dann nicht mehr. Diese Anzahl an Tieren, die in einem bestimmten Gebiet dauerhaft stabil überleben kann, nennt man Umweltkapazität K.
Überführt man diese Überlegungen in die Grafik von einem typischen Populationswachstum, ergibt sich das folgende Bild, dessen Verlauf als logistisches Wachstum bezeichnet wird:
Wiederholung
Diese Kurve sollte euch nicht neu sein. Bereits in der 8. Klasse taucht diese Kurve beim Wachstum von Bakterien auf. Bakterien vermehren sich durch Zweiteilung, die Anzahl verdoppelt sich also immer nach einem bestimmten Zeitintervall (z.B. 20 min.). Vielleicht habt ihr schon einmal Joghurt hergestellt: Man gibt einen Löffel reinen Joghurt (der Milchsäure-Bakterien enthält) in ein Glas Milch und stellt das über Nacht an einen warmen Ort. Am nächsten Tag ist aus der Milch Joghurt geworden. Im Prinzip haben sich die Bakterien exponentiell vermehrt, dabei Milchsäure hergestellt und diese wiederum lässt das Eiweiß in der Milch gerinnen. Man erhält eine feste Masse: Joghurt.
In eurem Buch (Q11) ist dargestellt, dass sich das typische Wachstum einer solchen Mikroorganismen-Population noch um zwei weitere Phasen ergänzen lässt. Neben dem exponentiellen Wachstum und der abflachenden Annäherung an die Umweltkapazität K kann man noch eine Phase davor und eine danach definieren. Lest auf der Seite 75 die rechte Spalte (Entwicklung einer neu gegründeten Population) und begründet den Verlauf dieser beiden Phasen!
Realistisches Wachstum
Betrachtet man das Populationswachstum von größeren Tieren, so stellt man nahezu immer fest, dass sich kein mathematisch perfektes, logistisches Wachstum ergibt. Sehr häufig schwankt die Anzahl der Tiere um die Umweltkapazität K. Auch dafür sind die Gründe vielfältig. Zunächst soll hier wieder ein sehr einfaches Beispiel herangezogen werden: Bleiben wir bei den schiffbrüchigen Ratten. Nehmen wir an, die Umweltkapazität auf der Insel beträgt 10.000 Tiere. Viele Jahre lang leben tatsächlich ungefähr so viele Tiere auf der Insel. In einem Jahr bricht die Zahl plötzlich stark ein. Stellt eine Hypothese auf, welcher Faktor für einen solchen Rückgang verantwortlich sein könnte. Bedingung: Es darf kein dichteabhängiger Faktor sein, der bereits besprochen wurde (also z.B. der Ausbruch einer Seuche o.ä.)!
Schwankungen
In eurem Buch findet ihr auf der S. 76 zwei Grafiken, die Populationsdichten zeigen. Beschreibt diese Grafiken!
Unterschiedliche Fortpflanzungsstrategien
Man unterscheidet bei der Art und Weise, wie sich Tiere fortpflanzen und wie sie mit ihrem Nachwuchs umgehen zwischen K- und r-Strategen. Wobei diese Begriffe nur zwei Extreme darstellen. Viele Tiere verfolgen eine Strategie, die irgendwo dazwischen liegt.
Das folgende Video erklärt die Unterschiede. Macht euch während des Videos Notizen zu folgenden Punkten:
- Wofür stehen das K und das r?
- Fertigt eine Tabelle an, in der ihr typische Merkmale von K- und typische Merkmale von r-Strategen festhaltet!
- Notiert zwei weitere Beispiel für Tiere, die eher als K- bzw. eher als r-Strategen genannt werden!
(Um euch nicht zu enttäuschen: Das Vorschau-Bild vermittelt einen völlig falschen Eindruck vom Video. Es werden keine Menschen darin zu sehen sein!)
Lotka-Volterra-Regeln
Noch einmal zurück zu den Schwankungen in der Populationsdichte. Genauer gesagt zu den periodischen Schwankungen oder Oszillationen. Zwei Forscher haben unabhängig voneinander eher theoretische Modelle entwickelt, die diese Oszillationen beschreiben können: Die drei Lotka-Volterra-Regeln.
Im Video wird am Anfang sehr schön beschrieben, dass in einer realen Umwelt die Bedingungen dieser theoretischen Modelle so gut wie nie erfüllt sind. Trotzdem lassen sich zumindest manchmal einige Effekte in der Natur damit erklären.
- Geschafft -
Die Inhalte dieser Einheit stellen die Basis für das Kapitel "Ökologie" dar. Daneben gibt es im Lehrplan noch den Punkt "Anthropogene Einflüsse...", also Einflüsse des Menschen auf biologische Systeme. Dazu gibt es unzählige Beispiele, die fachlich jedoch nicht besonders schwierig sind. Im Unterricht habe ich dazu etliche Bilder und erzähle hauptsächlich episodisch von den Folgen, die eingetreten sind, nachdem der Mensch irgendetwas verändert hat. Ich werde im Kolloquium nicht nach einem konkreten Effekt fragen, also z.B.: "Erläutern Sie die ökologischen Folgen des Baumwollanbaus in der Nähe des Aralsees!"
Ihr solltet aber IRGENDEIN selbst gewähltes Beispiel nennen können, also z.B.: "Zeigen Sie anhand eines selbst gewählten Beispiels auf, warum der Mensch gezielte Eingriffe in Ökosysteme vornimmt und welche Konsequenzen das haben kann." (oder so ähnlich).
Es klingt zwar viel, wenn ich euch sage, dass hier viele Beispiele auf den Seiten 82 - 92 stehen. Aber wie gesagt, ihr müsst das ja nicht auswendig lernen.
