2.1.2

Abiotische Faktoren

  Temperatur - lokale Betrachtung

  • Temperatur
  • Pinguine
  • Bergmannsche Regel
  • Pessimumgesetz

Bei der globalen Betrachtung haben wir die Biosphäre als Ganzes gesehen. Nun wollen wir die abiotischen Auswirkungen am unteren Ende der Hierarchie betrachten.

  • Organismus

einzelnes Lebewesen mit den Kennzeichen des Lebens

  • Spezies

Population von Individuen die sich fortpflanzen können

  • Population

Anzahl Spezies an einem Ort

  • Biozönose

Gruppe von Organismen (Pflanze/Tier), die eine bestimmte Rolle im System spielen, gemeinsam zusammenleben und miteinander in Wechselwirkung stehen

  • Ökosystem

eine natürliche Einheit von Lebewesen, und Umwelt

  • Biom

ein großes geographisches Gebiet mit einheitlichen klimatischen Bedingungen, einem Komlex von Biozönosen charakterisiert durch bestimmte Vegetation

  • Biosphäre

der Teil der Erdkruste, Wasser und Atmospäre wo Organismen leben

Alle Lebewesen benötigen einen bestimmten Temperaturbereich. Der mittlere Bereich ist der Beste. Man nennt ihn Temperaturoptimum. Zu niedrige und zu hohe Temperaturen führen zum Absterben ( siehe Pessimum-Gesetz weiter unten)

Wechselwarme Lebewesen (Wirbellose, Fische, Amphibien, Reptilien) können ihre Körpertemperatur nicht kontrollieren. Sie müssen deshalb in einem engeren Temperaturbereich leben wie Gleichwarme (Vögel, Säugetiere).

In nördlichen Klimazonen sind viele gleichwarme Vögel und Säugetiere aktiv, wenn wechselwarme Amphibien und Reptilien überwintern müssen.

Beispiel 1 Verbreitung von Pinguinen

Pinguine sind flugunfähige Vögel, die nur auf der Südhalbkugel vorkommen. Es gibt 17 Arten, die zwischen den Galapagos-Inseln und dem antarktischen Kontinent leben. Man findet sie ebenfalls in Afrika, Australien und Neuseeland.

Systematik:

Reich:

Tiere

Stamm: Chordata (Chordatiere)
Klasse: Aves (Vögel)
Ordnung: Sphenisciformes (Flossentaucher)
Familie: Spheniscidae (Pinguine)

Sie werden in 6 Gattungen eingeteilt. Die mittlere Körpergröße schwankt von 39 cm bis 130cm je nach Gattung.

Die größte Gattung, die Kaiserpinguine ( bis 130 cm) leben auf dem antarktischen Kontinent entlang der Küste bei teilweise -40 °C.

Die kleinste Gattung, die kleinen blauen Pinguine ( bis 40 cm) sind an den südlichen Küsten Australiens und Neuseelands beheimatet.

Die nördlichste Gattung ist der Galapagos-Pinguin ( 55 cm) am Äquator.

Interessant ist, daß im Wesentlichen die Pinguine umso größer sind, je südlicher sie vorkommen.

Abb. 21 enthält eine kleine Auswahl von Gattungen. Die Darstellung zeigt auch, daß die Abhängigkeit von Verbreitung und Körpergröße eine gewisse Abweichung aufweist. Das Verbreitungsgebiet der Pinguine umfaßt einen Temperaturbereich von 16-28° C (Seetemperatur Galapagos) bis - 40° auf dem antarktischen Kontinent.

Die Körpermasse des kleinen blauen Pinguins ist 1 Kg, die des Galapagos-Pinguins beträgt im Mittel 2,2 Kg, die des Kaiser-Pinguins 30 Kg. Der Unterschied ist ca. das 30-fache. Vergleichen wir jedoch die Oberfläche und das Volumen erhält man eine interessante Beziehung:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 17
Kaiserpinguine

 

Abb. 18
Küste auf Galapagos

 

Abb. 20
Galapagos Pinguine

 

Das Verhältnis Oberfläche zu Volumen beim Kaiser-Pinguin ist nur ca. 1/3 wie der beim kleinen blauen Pinguin, d.h. der Kaiserpinguin verliert durch seine Körperfläche wesentlich weniger Energie als der kleine blaue Pinguin. Die Nahrungsaufnahme zur Energieproduktion kann deshalb auch geringer sein.

Diese Anpassung an die Temperatur ist typisch für viele Säuger und Vögel, sie entspricht der Bergmannschen Regel. Dieses Prinzip findet man auch beim Vergleich anderer Körpereigenschaften z.B. Körperextremitäten wie Ohren sind bei Arten kalter Gebiete meist kleiner wie bei Tieren warmer Gebiete.

Wechselwarme Tiere ( z. B. Insekten oder Reptilien) sind dort in großer Artenzahl und mit teilweise extremer Körpergröße vorhanden, wo die Temperatur gleichbleibend hoch ist: in den Tropen.

2.1.3 Pessimum-Gesetz

Abiotische Faktoren wie die Temperatur bestimmen also, welche Typen von Lebewesen in der speziellen Umwelt leben. In der Wüste, wo es nur wenig Wasser und einen starken Temperaturwechsel von heiß zu kalt gibt, können nur stark anpassungsfähige Pflanzen überleben, wie z. B. Kakteen.

Den Bereich eines Umweltfaktors, innerhalb dessen eine Art lebt, bezeichnet man als ökologische Potenz gegenüber dem Umweltfaktor. Sie kann eng (stenök) oder weit (eurök) sein. Bären und Ratten sind eurök bezüglich der Temperatur, die Bachforellen sind stenök, denn sie brauchen eine bestimmte Wassertemperatur.

Die Population wird durch den ungünstigsten Faktor bestimmt (Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren): Pessimum-Gesetz (Minimumgesetz).

Die Abbildung links gibt den Zusammenhang wieder:

Die ökologische Potenz ist der Bereich, in dem sich die Art noch fortpflanzt.

Das Optimum ist der Bereich, in dem die Art am besten gedeiht.

Der Pessimumbereich ist der Bereich, in dem die Art gerade noch existieren kann, begrenzt durch die Minima oder die Kardinalpunkte.

Das Pessimumgesetz wurde schon 1840 durch Justus v. Liebig im Zusammenhang mit der Düngung von Pflanzen aufgestellt. Er nannte es Gesetz vom Minimum. Liebig erkannte, daß immer der Wachstumsfaktor das Pflanzenwachstum begrenzt, der sich im Minimum befindet. Ist zum Beispiel Stickstoff im Minimum, kann eine Zugabe anderer Faktoren das Wachstum nicht steigern. Eine Düngung mit Stickstoff dagegen steigert das Wachstum bis wieder ein anderer Faktor im Verhältnis zum Bedarf im Minimum ist.

 
Abb. 21
Pinguine - Größenvergleich
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 22
Temperaturabhängigkeit
 

 

 

 

 

 

Untersuchung zu abiotischen und biotischen Faktoren :

Studium eines Mikrobiotop z. B. unter einem Stein, unter einem verrottenden Balken, oder der Rinde am Fuß eines Baums oder in einem Graben usw.

Material: 250 ml Becherglas, Metermaß, Waage, kleine Plastiktüte, Herd/Mikrowelle/Brutschrank

Aufgaben:

  • beschreiben Sie es, listen sie einige abiotische und biotische Faktoren auf.
  • vergleichen Sie die verschiedenen Faktoren mit den Faktoren eines großen Biotops

Vorgehensweise:

  1. Arbeiten Sie in Gruppen zu drei Personen; eine ist für Pflanzen, eine für Tiere und eine für physikalische Faktoren zuständig.
  2. Wählen sie ein geeignetes Mikrobiotop aus (siehe oben)
  3. Beobachten Sie den Ort ihres Mikrobiotops, seine Wasserversorgung, wie es Wind und Erosion ausgesetzt ist und welche relative Menge Licht es bekommt. Vergleichen Sie diese Faktoren mit denselben eines Makrobiotops. Beantworten Sie Frage 1 weiter unten.
  4. Bestimmen Sie den Feuchtigkeitsgehalt des Mediums, in dem Lebewesen ihres Mikrobiotops leben. Nehmen Sie eine Probe des Mediums und heben Sie es in der Tüte auf. Bestimmen Sie die Masse der Probe. (Zerstören Sie bei der Probenentnahme ihr Mikrobiotop nicht.). Bestimmen Sie die Masse eines trockenen, sauberen Becherglases und halten Sie die Daten fest. Geben Sie ca. 100ml der Probe in das Becherglas und wiegen Sie wieder. Nun stellen Sie das Becherglas mit der Probe in den heißen Brutschrank bis die Probe total trocken ist. Dann wiegen Sie wieder. Bestimmen Sie den Wasserverlust.
  5. Bestimmen Sie die Dimensionen ihres Mikrobiotops
  6. Nun studieren sie die biotischen Faktoren darin. Zählen Sie die Anzahl der Pflanzen in einer Fläche von 100 cm2. Von der Zahl in dieser Fläche ausgehend , berechnen Sie die Gesamtzahl der Pflanzen in ihrem Mikrobiotop. bestimmen sie, welche Pflanzen wachsen ( Moose, Farne, Gräser Kräuter usw ). Vergleichen Sie die Zahl mit dem Makrobiotop.
  7. Untersuchen Sie die Oberfläche ihrer Medien nach Insektenlarven, Würmertn, Spinnen, Wanzen, Asseln usw. Falls Sie die Tiere nicht benennen können, fertigen Sie eine Zeichnung an und betiteln Sie mit Buchstaben.

Meßdaten:

  1. Beschreiben Sie den Ort, die Windverhältnisse, die Sonneneinstrahlung, die Feuchtigkeit und die Lichtverhältnisse ihres Mikrobiotops.
  2. Bestimmen Sie die Masse des

  3. sauberen Becherglases
  4. des Becherglases mit nichterhitztem Medium
  5. mit trockenen Medium
  6. des Wasserverlusts
  7. Dimensionen des Mikrobiotops
  8. Anzahl der Pflanzen
  9. Art der Pflanzen
  10. Am meisten verbreitete Pflanzen
  11. Tiere im Mikrobiotop
  12. Gleiche oder ähnliche Tiere im Makrobiotop

Schlußfolgerungen:

  1. Wie ist das Mikrobiotop unterschieden vom Makrobiotop?
  2. Wie groß war die Wassermenge im Medium? Vergleichen Sie mit dem Makrobiotop.
  3. Vergleichen Sie die Menge und Arten von Pflanzen im Mikro- und Makrobiotop.
  4. Glauben Sie, daß die Pflanzenarten und Wuchshöhen in Relation zu ihrer Umwelt stehen?
  5. Sind die Tiere im Mikro und Makobiotop ähnlich?
  6. Welcher Faktor war bei der Bestimmung der Art und Anzahl der Pflanzen am wichtigsten: Feuchtigkeit, Temperatur, Nährstoffangebot, Schutz vor Wind oder Regen, Schutz vor Feinden oder Stärke der Sonneneinstrahlung? Erkären Sie.

 

Weiterführende Quellen:

Abiotische Faktoren: http://www.erft.de/schulen/ggb/salzw/swabiot.htm

Erd-Gallery; 127 globale Fakten, Karten: http://hum.amu.edu.pl/~zbzw/glob/glob1.htm
Alles zu Pinguinen: http://www.antarktis.ch/32.htm
Galapagos: http://www.discovergalapagos.com/mainmenu.html und
  http://www.discovergalapagos.com/links.html
Antarktis: http://www.antarktis.ch/

Karten der Erde: http://www.mapquest.com/