Ökologische Faktoren, Wechselbeziehungen und Nische

Abiotische und biotische Faktoren, Toleranzkurven

Jeder Lebensraum (Biotop) wirkt über Umweltfaktoren auf die Lebewesen seiner Lebensgemeinschaft (Biozönose). Biotop und Biozönose bilden zusammen ein Ökosystem.

Jede Art reagiert auf einen Faktor in typischer Weise. Das stellt man in einer Toleranzkurve dar. Sie zeigt eine Lebensfunktion (zum Beispiel Wachstumsrate oder Überlebensrate) in Abhängigkeit von der Stärke eines Faktors.

• Optimum: Hier ist die Lebensfunktion am höchsten.

• Pessimum: Die Art überlebt noch, wächst und vermehrt sich aber kaum.

• Minimum und Maximum: Jenseits dieser Grenzen ist kein Überleben möglich.

• Toleranzbereich: der Bereich zwischen Minimum und Maximum.

Arten mit engem Toleranzbereich (zum Beispiel die Bachforelle bei der Temperatur) nennt man stenök. Ihre Vorkommen zeigen daher bestimmte Bedingungen an (Zeigerarten). Arten mit weitem Toleranzbereich heißen euryök.

Die ökologische Potenz ist meist enger als die physiologische und häufig gegenüber dem physiologischen Optimum verschoben. Eine Art, die im Labor über einen weiten Bereich wächst, wird im Freiland von stärkeren Konkurrenten in Randbereiche abgedrängt. Das erkennen Sie, wenn Sie das Wachstum in Einzelkultur mit dem Anteil im Freiland vergleichen.

Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen

Biotische Faktoren wirken über Beziehungen zwischen Lebewesen. Man unterscheidet intraspezifische Beziehungen (innerhalb einer Art) und interspezifische Beziehungen (zwischen verschiedenen Arten). Entscheidend ist, wer Nutzen oder Schaden hat.

Bei einer Symbiose ziehen beide Partner Nutzen. Beim Parasitismus nutzt der Parasit den Wirt und schädigt ihn, tötet ihn aber meist nicht. Ein Räuber tötet seine Beute dagegen.

Räuber-Beute-Beziehung

Räuber- und Beutepopulationen schwanken oft periodisch. Beschreibt man ein stark vereinfachtes Modell (die Lotka-Volterra-Regeln, hier nur qualitativ), ergibt sich Folgendes:

1. Beide Populationen schwanken periodisch. Das Maximum der Räuber folgt zeitlich verzögert auf das der Beute.

2. Die Mittelwerte der Populationsgrößen bleiben über längere Zeit etwa gleich.

3. Werden beide Arten gleichmäßig (proportional) dezimiert, steigt danach der Mittelwert der Beutepopulation relativ stärker an als der der Räuberpopulation. Ursache: Nach der Dezimierung gibt es weniger Räuber, sodass die sich schnell vermehrende Beute zunächst kaum gefressen wird. Die Räuberpopulation wächst erst verzögert nach.

Aus dem Modell lässt sich ein kausaler Zusammenhang ableiten: Viel Beute ermöglicht ein Wachstum der Räuberpopulation. Viele Räuber verringern die Beute. Wenig Beute lässt die Räuber verhungern, und die Beute erholt sich wieder.

Konkurrenz und Symbiose auswerten

Konkurrenz

Konkurrenz entsteht, wenn Individuen dieselbe knappe Ressource nutzen (Licht, Nahrung, Wasser, Nistplätze). Beide Seiten haben Nachteile, meist aber nicht gleich große.

Das zeigen Mischkulturen von Einzellern. Eine Art, die bei gleichen Bedingungen höhere Dichten erreicht und schneller wächst, verdrängt die andere. Wie Sie solche Daten auswerten, zeigt das Beispiel zur Veränderung in Prozent.

Symbiose und Kosten-Nutzen-Analyse

Auch eine Symbiose hat ihren Preis. Die Mykorrhiza gibt der Pflanze Wasser und Mineralstoffe, der Pilz erhält dafür Zucker aus der Fotosynthese. Für die Bewertung vergleichen Sie Nutzen und Kosten für jeden Partner. Fällt der Nutzen für eine Seite geringer aus als die Kosten, kann die Beziehung unter bestimmten Bedingungen ihr Vorzeichen ändern und für diese Seite negativ werden.

Aus der Sicht der Evolution gilt: Individuen, bei denen der Nutzen die Kosten übersteigt, haben eine höhere reproduktive Fitness als solche ohne Partner. Dadurch bleibt die Beziehung in einer Population erhalten. Eine zielgerichtete Absicht der Partner ist dafür nicht nötig.

Die ökologische Nische

Eine Nische ist also kein Ort. Der Ort ist das Habitat (bei der Kohlmeise: der Laubwald). Die Nische umfasst, was die Art dort tut und braucht: Nahrung, Nistplatz, Aktivitätszeit, Temperatur- und Feuchtebereich, Fressfeinde.

Man unterscheidet die Fundamentalnische (die physiologische Potenz, was die Art ohne Konkurrenz nutzen könnte) und die realisierte Nische (was sie tatsächlich nutzt). Die realisierte Nische ist durch Konkurrenz meist enger.

Zwei Arten mit ähnlichen Ansprüchen können nebeneinander leben, wenn sie ihre Nischen differenzieren. Man nennt das Konkurrenzvermeidung oder Einnischung. Sie nutzen zum Beispiel unterschiedliche Ressourcen, Orte oder Zeiten. Das ist ein Ergebnis der Selektion: Individuen mit abweichender Nutzung hatten bei starker Konkurrenz eine höhere Fitness.

Je kleiner die Überlappung, desto schwächer ist die Konkurrenz. Beim Vergleich von Nischen gehen Sie daher Merkmal für Merkmal vor: Wo stimmen die Arten überein (mögliche Konkurrenz), wo unterscheiden sie sich (Konkurrenzvermeidung)?

Freilanduntersuchung und Datenauswertung

Im Abitur sollen Sie begründen, warum Arten in einem Areal vorkommen. Dazu werden im Freiland abiotische Faktoren gemessen und Arten qualitativ erfasst (vorhanden / nicht gefunden). Das gelingt an einem Bach mit Thermometer, Sauerstoffmessgerät, Strömungsmessung und einem Bestimmungsschlüssel.

So gehen Sie bei der Auswertung vor:

1. Daten beschreiben: Welche Faktoren ändern sich zwischen den Probestellen, und wie? Welche Arten fehlen wo?

2. Zusammenhang herstellen: Welche Art fehlt dort, wo ein Faktor außerhalb ihres Toleranzbereichs liegt? Eine sauerstoffbedürftige Art fehlt bei niedrigem Sauerstoffgehalt.

3. Begründen: Erklären Sie das Vorkommen durch die Ansprüche der Art (Toleranzkurve, Nische). Stützen Sie sich auf Messwerte.

4. Bewerten: Nennen Sie Fehlerquellen und Grenzen der Aussage.

Wichtige Fehlerquellen: nur eine Messung zu einer Tageszeit (Temperatur und Sauerstoff schwanken im Tagesverlauf), wenige Wiederholungen, zufällige Funde, unterschiedlicher Fangaufwand an den Stellen. Beachten Sie außerdem: Eine Korrelation zeigt noch keine Kausalität. Fehlt eine Art dort, wo mehrere Faktoren sich zugleich ändern, können Sie einen einzelnen Faktor nicht eindeutig als Ursache nachweisen. Dafür bräuchte man einen kontrollierten Versuch, in dem nur ein Faktor verändert wird.

Zurück zum Anfang: Die Bachforelle fehlt unterhalb der Kläranlage, weil dort Temperatur und Sauerstoffgehalt außerhalb ihres Toleranzbereichs liegen. Ihre Nische verlangt kühles, sauerstoffreiches, strömendes Wasser.

Auf einen Blick

• Abiotische Faktoren (Temperatur, Licht, Wasser) und biotische Faktoren (Nahrung, Konkurrenz, Feinde) bestimmen das Vorkommen einer Art.

• Die Toleranzkurve zeigt Optimum, Pessimum, Minimum, Maximum und Toleranzbereich. Die ökologische Potenz ist wegen Konkurrenz meist enger als die physiologische.

• Beziehungen: Konkurrenz (−/−), Räuber-Beute und Parasitismus (+/−), Symbiose (+/+). Räuber-Beute-Populationen schwanken periodisch mit verschobenen Maxima.

• Konkurrenzausschluss gilt bei gleichen Ansprüchen. Nischendifferenzierung ermöglicht ein Nebeneinander.

• Die ökologische Nische ist das Wirkungsgefüge aus allen Faktoren und der Rolle der Art, nicht ihr Wohnort.

• Bei Daten gilt: beschreiben, Zusammenhang herstellen, begründen, Fehlerquellen und Grenzen nennen. Erklären Sie ohne finale Formulierungen („damit“, „um zu“).