Aufgaben: Ökologische Faktoren, Wechselbeziehungen und Nische

Bachforellen im Sauerland

Bachforellen leben in kühlen, sauerstoffreichen Fließgewässern. In einem Laborversuch wurde die relative Wachstumsrate junger Bachforellen bei verschiedenen Wassertemperaturen gemessen. Die höchste gemessene Wachstumsrate wurde gleich 100 % gesetzt.

Wassertemperatur in °C	2	4	8	10	12	14	17	19
relative Wachstumsrate in %	0	20	85	100	90	60	10	0

1. a) Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen Wassertemperatur und Wachstumsrate.

1. b) Nennen Sie die Fachbegriffe für den Temperaturbereich um 10 °C sowie für die Temperaturwerte, bei denen kein Wachstum mehr stattfindet.

1. c) Erläutern Sie den Begriff der ökologischen Potenz am Beispiel der Bachforelle und nennen Sie, ob die Bachforelle bezüglich der Temperatur eher stenök oder euryök ist.

Beziehungen zwischen Lebewesen

Vier Beobachtungen aus mitteleuropäischen Lebensräumen:

1. Eine Flechte besteht aus einem Pilz und einer Grünalge. Der Pilz erhält Zucker aus der Fotosynthese der Alge, die Alge wird vom Pilz mit Wasser und Mineralstoffen versorgt und vor Austrocknung geschützt.

2. Der Fuchsbandwurm lebt im Darm des Fuchses, ernährt sich vom Darminhalt und schädigt den Wirt.

3. Junge Buchen im Schatten eines Altbaums konkurrieren mit ihren Geschwistern um das spärliche Licht am Waldboden.

4. Der Luchs erbeutet Rehe und Schneehasen.

1. a) Ordnen Sie jeder Beobachtung die passende Beziehung (Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Räuber-Beute-Beziehung) zu.

1. b) Unterscheiden Sie intraspezifische und interspezifische Beziehungen und ordnen Sie Beobachtung 3 begründet ein.

1. c) Nennen Sie je einen abiotischen und einen biotischen Faktor, der auf eine junge Buche im Wald wirkt.

Kohlmeise und Blaumeise

Beide Meisenarten leben im selben Laubwald in der Eifel. Die folgende Tabelle fasst Beobachtungen zusammen.

Merkmal	Kohlmeise	Blaumeise
Brutplatz	Baumhöhle, Nistkasten	Baumhöhle, Nistkasten
Nahrungssuche	Waldboden, Stamm, dicke Äste	dünne Zweige der Baumkrone
Hauptnahrung im Sommer	Raupen, Käfer, Spinnen	kleine Blattläuse und Raupen
Hauptnahrung im Winter	Samen, Bucheckern	Insekteneier, Spinnen

1. a) Definieren Sie den Begriff ökologische Nische.

1. b) Vergleichen Sie die Nischen beider Arten anhand der Tabelle.

1. c) Erläutern Sie, warum beide Arten im selben Wald dauerhaft nebeneinander vorkommen können.

Rotbuche und Waldkiefer

In einem Gewächshausversuch wurden Jungpflanzen beider Baumarten einzeln bei unterschiedlicher Bodenfeuchte angezogen (relatives Wachstum, Maximum der jeweiligen Art = 100 %). Im Freiland wurde der Anteil der Art an den Bäumen auf Standorten gleicher Bodenfeuchte erfasst.

Bodenfeuchte	sehr trocken	trocken	frisch	feucht	nass
Wachstum Buche (Einzelkultur) in %	10	70	100	60	0
Wachstum Kiefer (Einzelkultur) in %	40	90	100	70	30
Anteil Buche im Freiland in %	0	15	70	15	0
Anteil Kiefer im Freiland in %	60	25	0	5	10

1. a) Werten Sie die Tabelle aus und bestimmen Sie für beide Arten jeweils den Bereich der physiologischen und der ökologischen Potenz bezüglich der Bodenfeuchte (Wachstum bzw. Anteil größer als 0 %).

1. b) Erklären Sie die Abweichungen zwischen physiologischer und ökologischer Potenz bei der Waldkiefer auf frischen Standorten.

1. c) Erläutern Sie das Zusammenwirken von abiotischen und biotischen Faktoren bei der Verbreitung der beiden Arten.

Luchs und Schneehase

Für ein Waldgebiet liegen Zählungen über zwölf Jahre vor (Schneehasen in Tausend, Luchse in Hundert).

Jahr	0	2	4	6	8	10	12
Schneehasen (in Tsd.)	20	50	80	40	15	25	60
Luchse (in Hundert)	4	6	12	20	14	6	5

1. a) Stellen Sie die Daten in einem Liniendiagramm mit gemeinsamer Zeitachse dar (Beschreibung der Achsen und Kurven genügt) und beschreiben Sie die Verläufe.

1. b) Erklären Sie die zeitliche Verschiebung der Maxima beider Populationen.

1. c) Beurteilen Sie, wo das einfache Modell einer periodischen Räuber-Beute-Beziehung bei diesem Beispiel an Grenzen stößt, und nennen Sie zwei Faktoren, die in den Daten nicht berücksichtigt sind.

Konkurrenz bei Pantoffeltierchen

Zwei Arten von Pantoffeltierchen (Paramecium aurelia und P. caudatum) wurden mit gleicher Bakteriennahrung und gleichen Bedingungen kultiviert. In Reinkultur erreicht P. aurelia eine Plateaudichte von 500, P. caudatum von 200 Individuen je Kulturgefäß. In Mischkultur wurden folgende Dichten gemessen:

Tag	0	4	8	12	16	20
P. aurelia	20	80	200	330	430	470
P. caudatum	20	50	70	40	10	0

1. a) Beschreiben Sie die Entwicklung beider Arten in der Mischkultur.

1. b) Berechnen Sie den Anteil von P. aurelia an der Gesamtindividuenzahl an Tag 8.

1. c) Erklären Sie das Ergebnis mit dem Konkurrenzausschlussprinzip und stellen Sie eine Hypothese auf, unter welcher Bedingung beide Arten dauerhaft koexistieren könnten.

Kartierung an einem Mittelgebirgsbach

Schülerinnen und Schüler erfassten an drei Probestellen eines Bachs im Sauerland das Vorkommen wirbelloser Tiere (qualitativ, + = vorhanden, − = nicht gefunden) und mehrere abiotische Faktoren (jeweils Mittelwert aus drei Messungen am selben Vormittag im Mai).

	Stelle 1 (Quelle)	Stelle 2 (Mittellauf)	Stelle 3 (unterhalb Kläranlage)
Wassertemperatur in °C	8	11	16
Strömung	stark	stark	schwach
Sauerstoff in mg/L	11,0	10,0	4,5
Steinfliegenlarven	+	+	−
Eintagsfliegenlarven	+	+	−
Bachflohkrebse	−	+	+
Rollegel	−	−	+
Schlammröhrenwürmer	−	−	+

1. a) Begründen Sie das Vorkommen der Arten mit den erfassten abiotischen Faktoren.

1. b) Erläutern Sie, welche Aussagen die qualitative Erfassung zulässt und welche nicht.

1. c) Beurteilen Sie die Gültigkeit der Schlussfolgerungen unter Berücksichtigung möglicher Fehlerquellen der Messungen und stellen Sie eine Hypothese auf, wie sich das Artenspektrum an Stelle 3 nach dem Bau einer weiteren Reinigungsstufe verändern würde.

Mykorrhiza bei Fichtensämlingen

Fichtensämlinge wurden in zwei Böden gezogen, jeweils mit und ohne Mykorrhizapilz. Der Pilz erhält Zucker von der Pflanze und versorgt sie mit Mineralstoffen, besonders Stickstoff und Phosphat. Gemessen wurde die mittlere Trockenmasse nach einem Jahr.

Boden	ohne Mykorrhiza	mit Mykorrhiza
nährstoffarm	0,8 g	2,1 g
nährstoffreich	3,0 g	2,7 g

1. a) Berechnen Sie für beide Böden die prozentuale Veränderung der Trockenmasse durch die Mykorrhiza.

1. b) Werten Sie die Daten mit einer Kosten-Nutzen-Analyse für die Fichte aus.

1. c) Analysieren Sie, inwiefern sich der Charakter der Beziehung zwischen Pilz und Fichte in Abhängigkeit von abiotischen Faktoren ändert, und erläutern Sie die Konsequenz für die Einordnung als Symbiose.

Watvögel im Wattenmeer

Im Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer suchen mehrere Watvogelarten gleichzeitig im Schlick nach Nahrung.

Art	Schnabellänge in mm	Hauptbeute	Beute lebt in Tiefe von
Alpenstrandläufer	35	Wattschnecken, Ringelwürmer	0 bis 2 cm
Rotschenkel	45	Schlickkrebse, kleine Würmer	1 bis 4 cm
Austernfischer	80	Muscheln, Pierwürmer	3 bis 8 cm
Großer Brachvogel	140	Wattwürmer, Krabben	10 bis 20 cm

Alle vier Arten rasten im Herbst zur selben Zeit in denselben Wattflächen.

1. a) Erläutern Sie die ökologische Nische des Großen Brachvogels als Wirkungsgefüge aus abiotischen und biotischen Faktoren.

1. b) Erklären Sie anhand der Tabelle, warum die vier Arten im selben Lebensraum nebeneinander vorkommen.

1. c) Stellen Sie begründet Hypothesen zu den Folgen auf, wenn der Bestand der Wattwürmer durch Bodenerwärmung und Eutrophierung stark zurückginge.