Biotische und abiotische Umweltfaktoren im Vergleich: Beispiele, Fragen & Antworten
Der Sammelbegriff der Umweltfaktoren beschreibt unterschiedliche Lebensbedingungen, die Auswirkungen auf die Organismen haben, die im jeweiligen Biotop leben, in dem die Umweltfaktoren vorherrschen. Weiterhin werden die Umweltfaktoren in biotische und abiotische Faktoren unterschieden. Biotische Faktoren sind solche, die lebender Natur sind. Beispiele sind Fressfeinde oder Nahrungskonkurrenten. Abiotische Faktoren weisen keine lebende Beteiligung auf, hierunter fallen beispielsweise die Temperatur oder der Salzgehalt im Boden.
Biotische und abiotische Faktoren können sowohl förderlich als auch schädlich wirken. Weiterhin können Umweltfaktoren auch ein limitierendes Element sein, das dazu führt, dass Arten in gewissen Biotopen nicht überleben bzw. durch eine Änderung der Umweltfaktoren aus dem Biotop vertrieben werden.
Inhalt
Was sind biotische Faktoren: Definition und Beispiele
Zu den biotischen Umweltfaktoren gehört jegliche Form des Lebens. Die bezieht eukoryotische Lebensformen (Pflanzen, Pilze, Tiere, Protisten) – aber auch prokaryotisches Leben (Bakterien, Archaen) ein
Konkurrenz
Da innerhalb eines Biotops meist mehrere Arten zusammenleben, die versuchen, ihren Platz innerhalb des Biotops für sich zu beanspruchen, ist die Konkurrenz, um Nahrung und Reviere nicht auszuschließen. Wird hierbei keine ökologische Nische gefunden, führt ein maximales Konkurrenzverhalten meist zur Vertreibung der beteiligten Arten, bis diese ein anderes Biotop gefunden haben, in dem sie ihre ökologische Nische finden.
Allerdings gibt es auch Ausnahmen, bei denen eine Art innerhalb ihres Revieres verbleibt, während eine andere Art vertrieben wird. Dies lässt sich oft bei Raubtieren beobachten, die andere Raubtiere aus ihrem Jagdrevier vertreiben.
Räuber-Beute-Interaktionen
Ein weiterer biotischer Faktor ist die Interaktion zwischen Räubern und Beutetieren. Diesen Beziehungen liegen die normalen Nahrungsketten zugrunde. Die unterste Ebene der Nahrungskette bilden die Pflanzen, die von Herbivoren (Pflanzenfressern) verzehrt werden. Die Herbivoren werden wiederum von Carnivoren (Fleischfressern) gefressen.
Ist das Nahrungsangebot der einen Ebene aufgebraucht, so verringert sich wiederum die Anzahl an Individuen dieser Ebene aufgrund des Nahrungsmangels. Aber auch durch eine größere Anzahl an Individuen der höheren Ebene kann die niedrigere Ebene eingedämmt werden.
Ein simples Beispiel ist die Interaktion von Marienkäfern und Blattläusen. Die Blattläuse ernähren sich hauptsächlich von Pflanzenbestandteilen. Sind zu viele Blattläuse vorhanden, wird das Pflanzenmaterial rein hypothetisch komplett aufgebraucht. Somit herrscht Nahrungsmangel, wodurch viele der Blattläuse verenden würden. Andernfalls können die Marienkäfer auch viele Blattläuse fressen, wodurch das Pflanzenmaterial regeneriert. Sind jedoch zu viele Marienkäfer vorhanden, ist das Nahrungsangebot in Form der Blattläuse sehr schnell aufgebraucht, wodurch wiederum die Marienkäfer verenden.
Somit lassen sich verschiedene Wachstumskurven der jeweiligen Arten feststellen. Bei der reinen Blattlaus-Marienkäfer-Interaktion (die Pflanzen sind hierbei ausgenommen) würde sie wie folgt aussehen: Bei einer maximalen Anzahl an Marienkäfern wäre die Anzahl der Blattläuse am Minimum angelangt, da nahezu alle Blattläuse gefressen wurden. Dadurch sinkt die Anzahl an Marienkäfern, da das Nahrungsangebot zu gering ist.
Ein vereinfachte Darstellung des Zusammenhangs in der Nahrungskette. Sobald die Anzahl der Marienkäfer steigt, sinkt die Anzahl der Blattläuse. Am Blattlausminimum sinkt die Anzahl der Marienkäfer, wodurch die Anzahl der Blattläuse wieder ansteigen kann.
Hierdurch erholt sich die Blattlauspopulation wieder, bis sie an ihrem, durch Umweltfaktoren limitierten, Maximum angelangt ist. Somit erholt sich die Marienkäferpopulation und der Prozess beginnt von vorne. Zusammenfassen lässt sich sagen, dass das Maximum der Räuberpopulation dem Minimum der Beutepopulation entspricht und andersherum.
Parasitismus
Der Parasitismus stellt im entfernten Sinne eine Verbindung aus Konkurrenz und den Räuber-Beute-Interaktionen dar. Die Konkurrenz wird vermieden, indem ein Parasit seinen Wirt bewohnt und von ihm von der Umwelt abgeschirmt leben kann. Die Räuber-Beute-Beziehung lässt sich dahingehend erkennen, da der Parasit in den meisten Fällen seinen Wirt nach einiger Zeit tötet. Ein komplexes Beispiel des Parasitismus stellt der kleine Leberegel dar.
Mikroskopie vom Kleinen Leberegel (Dicrocoelium dendriticum)
Der Entwicklungszyklus des kleinen Leberegels ist deshalb so komplex, da er mehrere Zwischenwirte beinhaltet. Die Endwirte sind hierbei Weidetiere wie Schafe oder Kühe, die die Eier des kleinen Leberegels aufnehmen. Nach Ausscheidung der Nahrung gelangen die sogenannten Miracidien (Wimpernlarven), die sich in den Eiern befinden, in die Umwelt.
Entwicklungsstufen des Kleinen Leberegels (Dicrocoelium dendriticum) und der Miracidien-Kreislauf
Insbesondere Schnecken nehmen diese Miracidien mit der Nahrung auf. Nach Aufnahme durch die Schnecke schlüpfen die Miracidien aus den Eiern und penetrieren den Verdauungstrakt (insbesondere den Darm) der Schnecke. Hierdurch entwickeln sie sich zu Sporocysten erster Ordnung. Diese Sporocysten erster Ordnung entwickeln sich weiter zu Sporocysten zweiter Ordnung, die sogenannte Zerkarien bilden. Diese Zerkarien wandern daraufhin in die Atemhöhle der Schnecke, woraufhin die Schnecke infolge einer Immunreaktion diese Zerkarien mit Schleim umhüllt und diese ausscheidet.
Diese Schleimbälle werden daraufhin von Ameisen aufgenommen. Infolgedessen verweilen die meisten Zerkarien in Form von Metazerkarien innerhalb der Ameise. Dennoch können auch einzelne Zerkarien in das Unterschlundganglion (Nervenbündel der Insekten) der Ameise wandern, woraufhin sie das Nervensystem der Ameise enorm beeinflussen. Sie steuern die Ameise, sodass sie auf die höchsten Stellen einer Pflanze klettern, beispielsweise die Spitze eines Grashalmes oder Blüten anderer Pflanzen.
Ist die Ameise dort angekommen, so verkrampft ihr Kiefer, wodurch sie sich in der Pflanze festbeißt und nicht aus eigener Kraft losgelöst wird. Dieser Prozess ist jedoch temperaturempfindlich. Lediglich bei Temperaturen unter ca. 15°C setzt diese neurologische Wirkung ein. Steigen die Temperaturen jedoch im Laufe des Tages über diesen Wert, wird dieser Prozess in den meisten Fällen beendet.
Wird eine infizierte Ameise jedoch von einem Weidetier gefressen, so gelangen die verbliebenen Metazerkarien, die sich in der Ameise befinden, in die Gallengänge des Endwirtes (bspw. eine Kuh). Hierbei lösen sie die Krankheit Dicrocoeliose aus, die bei unzureichender Kontrolle der geschlachteten Tiere theoretisch auch auf den Menschen übertragen werden kann.
Symbiose
Die Symbiose stellt eine spezielle Form des Parasitismus dar, bedeutet jedoch genau das Gegenteil. Die Gemeinsamkeit, die mit dem Parasitismus besteht, ist die Beteiligung zweier oder mehr Arten. Die Symbiose unterscheidet sich jedoch im Vergleich zum Parasitismus, da hierbei beide Arten einen Vorteil erlangen.
Bei der Mykorrhiza Symbiose stellt der Pilz einen Umweltfaktor für die pflanze dar und umgekehrt
Eine der wichtigsten Formen der Symbiose ist die Mykorrhiza. Bei der Mykorrhiza sind Pilze und Pflanzen in Kontakt und tauschen Nährstoffe untereinander aus, die von der anderen Art nicht oder nur kaum assimiliert werden können. Die beteiligten Pilze liefern der Pflanze Phosphat und Nitrat, während die Pflanze den Pilzen Photosynthese–Assimilate wie z.B. Glukose zur Verfügung stellt.
Bei einer Putzsymbiose stellt eine Tierart einen biotischen Umweltfaktor für eine andere Tierart dar
Ein weiteres Beispiel für die Symbiose stellen Putzerfische dar. Sie erhalten Nahrung, indem sie die Haut von größeren Fischen reinigen. Als Gegenzug werden die größeren Fische von Parasiten und anderen Verunreinigungen befreit.
Was sind abiotische Faktoren: Definition und Beispiele
Abiotische Faktoren sind, wie eingangs erwähnt, Umweltfaktoren, die nicht lebendiger Natur sind.
Licht
Der Schlaf-Wach-Rhythmus bei Menschen und Tieren wird durch das Sonnenlicht ausgelöst und durch Hormone gesteuert
Man mag meinen, dass Licht ein abiotischer Faktor sei, der lediglich das Leben von Pflanzen beeinflusst. Dem ist jedoch nicht so. Die Tageslänge, die maßgeblich durch die Länge der Sonneneinstrahlung vorgegeben wird, beeinflusst sowohl Pflanzen als auch Tiere und Menschen.
Bei Pflanzen herrscht auch eine Art der Konkurrenz (biotischer Faktor) um Licht (abiotischer Faktor). Weiterhin beeinflusst die Lichtmenge und -Qualität die Fotosyntheseraten der jeweiligen Pflanzen. Weiterhin ist Licht ein limitierender Faktor des Pflanzenwachstums. Außerdem sorgen verschiedene Wellenlängen des Lichts dafür, dass es „Lichtkeimer“ und „Dunkelkeimer“ gibt.
Dunkelkeimer benötigen zum Auskeimen längere Wellenlängen als Lichtkeimer. Diese Wellenlängen durchdringen das Erdreich, während die kürzeren Wellenlängen bereits absorbiert wurden. Außerdem ist Licht ein essenzieller Faktor bei der Auslösung der Winterruhephasen wie z.B. der Winterschlaf oder die Winterruhe. Hierbei werden hormonell bedingte Prozesse in Gang gesetzt, die zu dieser Verhaltensänderung führen. Darüber hinaus sind auch weitere Faktoren beteiligt, wie die Temperatur.
Temperatur
Die Temperatur ist ein weiterer wichtiger abiotischer Faktor. Sie steuert bei Pflanzen das Auskeimen von Samen nach einer Phase der Dormanz, gleichzeitig ist sie auch ein essenzieller Faktor bei der Ausbildung von Blüten. Säugetiere und Vögel sind dazu in der Lage, ihre körpereigene Temperatur aufrechtzuerhalten, indem sie die Energie der verdauten Nahrung dazu nutzen.
Amphibien, Reptilien, Insekten und Fische können das jedoch nicht, weshalb ihre Stoffwechselaktivitäten und ihre Körpertemperatur von der Außentemperatur abhängen. Bei ihnen stellt die Temperatur einen limitierenden Faktor in der Hinsicht dar, da sie bei zu hohen Temperaturen in eine Hitzestarre verfallen können, während zu niedrige Temperaturen eine Kältestarre hervorrufen.
Homoiotherme (gleichwarme) Tiere wie z.B. Säugetiere können ebenfalls unter extremen Temperaturschwankungen leiden, da ihre Körpertemperatur in beiden Extremen nur bis zu einem gewissen Grad aufrechterhalten bleiben kann.
pH-Wert
Insbesondere bei Pflanzen, aber auch bei Tieren ist der pH-Wert des umgebenden Mediums wichtig bei der Gestaltung optimaler Lebensbedingungen. Da unterschiedliche Arten auch unterschiedliche pH-Optima besitzen, lassen sich durch äußere Einflüsse ungewollte Arten verdrängen. Ein Beispiel hierfür ist das Moos auf Rasenflächen.
Während Moos eher sauren Boden bevorzugt, wächst Rasen bei etwas basischeren pH-Werten. Somit kann das Moos verdrängt werden, indem man den pH-Wert steigert. Somit hat der Rasen bessere Lebensbedingungen und kann das Moos durch vermehrtes Wachstum verdrängen.
Ein weiteres, nicht direkt tierisches oder pflanzliches Beispiel, ist die Kultivierung von Pilzen in Flüssigkultur. Werden Pilze in einem flüssigen Medium kultiviert, ist es unerlässlich, den pH-Wert des jeweiligen Mediums einzustellen. Im Laufe der Kultivierung verändert sich dieser, da verschiedene Enzyme und andere Sekrete der Pilze die im Medium enthaltenen Stoffe abbauen, um zu wachsen.
Die Änderung des pH-Wertes ist jedoch auch essenziell für die Aktivierung weiterer Enzyme, da diese wiederum unterschiedliche pH-Optima aufweisen. Diese pH-Abhängigkeit von Enzymen lässt sich auch bei Verdauungsenzymen des Menschen und anderer Tiere beobachten. Der Abbau von Kohlenhydraten beginnt bereits im Mund. Hier ist der pH-Wert deutlich basischer als im Magen. Im Magen beginnt der Abbau der Proteine durch das Enzym Pepsin, das ein pH-Optimum bei 1-2 aufweist. Dies verdeutlicht, dass der pH-Wert ein wichtiger abiotischer Faktor ist.
Wasser
Der weltweit volumenmäßig am meisten anzutreffende abiotische Faktor ist das Wasser. Obwohl etwa 70% der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind, sind davon nur etwa 2,5% Süßwasser. Dies stellt sowohl für Pflanzen als auch für Tiere einen limitierenden Faktor dar. Hauptsächlich Pflanzen sind auf das Vorhandensein von Wasser angewiesen, da sie ihren Standort nicht ändern können.
Amphibien und Reptilien hingegen können ihren Standort ändern, sobald ihre Biotope Anzeichen der Austrocknung aufweisen. Herrscht jedoch andauernde Trockenheit, ist jede Lebensform davon betroffen. Trocknet ein Tümpel komplett aus, werden die darin lebenden Fische sterben, die Amphibien werden sich auf die Suche nach neuen Wasserquellen begeben, da sie das Wasser auch zum Feuchthalten ihrer Haut benötigen.
Es existieren jedoch Arten, insbesondere in Wüstenregionen, die an ein Leben mit sehr wenig Wasser angepasst sind. Ein Beispiel stellt hierbei die Rose von Jericho dar. Sie rollt sich am Ende ihres Wachstums ein und vertrocknet. Fällt daraufhin Regen, rollt sich die Pflanze wieder aus und gibt ihre enthaltenen Samen frei, die vom Regen fortgeschwemmt werden.
Salzgehalt
Einen indirekten Bezug zum Wasser hat der Salzgehalt des jeweiligen Mediums. Während einige Arten auf eine gewisse Salzkonzentration angewiesen sind, ist diese für andere Arten lebensbedrohlich. Ein meeresbewohnendes Tier besitzt ein Konzentrationsgleichgewicht zwischen dem körperinneren Milieu und dem Meerwasser. Somit strömt weder Wasser in die Tiere ein, noch gelangt Flüssigkeit aus ihnen heraus.
Gibt man einen Salzwasserfisch in Süßwasser, so herrscht ein Osmotischer Druck, der dazu führt, dass das Süßwasser in den Fisch hineinströmt, was zum Platzen von Zellen und damit einhergehenden Stoffwechselstörungen führt, die wiederum den Tod des Tieres zur Folge haben. Andernfalls sterben auch Süßwasserfische an „Austrocknung“, sobald man sie in Salzwasser gibt, da aus ihrem Körper viel Flüssigkeit nach außen strömt. Eine Ausnahme stellt hierbei der Lachs dar, der im Süßwasser ablaicht, während er den Rest seines Lebens im Salzwasser verbringt.
Strahlungsintensität
Durch anthropogene Einflüsse ist ebenfalls die Strahlenintensität in der Umwelt deutlich erhöht. Ionisierende Strahlung in Form von radioaktiver Strahlung ist ein prägnantes Beispiel. Es existiert jedoch ein Individuum, das extremer Strahlung trotzt. Hierbei handelt es sich um ein Bakterium, das Deinococcus radiodurans genannt wird.
Die Resistenz gegenüber ionisierender Strahlung erhält es durch vielfältige Kopien seines Erbguts. Trifft ionisierende Strahlung auf DNA, so führt dies unweigerlich zu Doppelstrangbrüchen der DNA, die daraufhin nicht weiterverwendet werden kann. Deinococcus radiodurans ist jedoch in der Lage, mithilfe verschiedener Reparaturmechanismen diese Doppelstrangbrüche zu beheben, indem überlappende Enden der DNA zusammengefügt werden.
Welche Unterschiede bestehen zwischen biotischen und abiotischen Umweltfaktoren
Abiotische und biotische Umweltfaktoren unterscheiden sich dahingehend, dass abiotische Faktoren unbelebter Natur sind, während biotische Faktoren immer lebenden Ursprungs sind. Beispiele für abiotische Faktoren sind z.B. Temperatur, Licht und Wasser.
Bei den biotischen Faktoren sind es hauptsächlich Konkurrenz zwischen Arten, aber auch innerhalb einer Art. Ebenso sind die Räuber-Beute-Beziehung, Parasitismus und Symbiose biotische Faktoren.
Insgesamt handelt es sich bei den Umweltfaktoren um ein äußerst komplexes Netzwerk, das nicht pauschal zusammengefasst werden kann, da jeder einzelne Umweltfaktor wiederum Konsequenzen in Form eines weiteren Umweltfaktors nach sich zieht. Wird beispielsweise die Temperatur in einem Feuchtbiotop zu hoch, was zur Verdunstung des Wassers führt, so kann es sein, dass Pflanzen vertrocknen, die vorher der Lebensraum von Blattläusen und anderen Insekten waren.
Ebenso kann durch die Vertrocknung die Abwanderung von Amphibien erfolgen, die auf der Suche nach einem neuen Lebensraum erhöhter Konkurrenz ausgesetzt sind. Demnach ist die Beachtung sämtlicher Umweltfaktoren unerlässlich.
Literatur
- Maurice Bode (Autor), Franziska Rambow (Autor), Tillmann Tschiesche (Autor), Untersuchung abiotischer Faktoren eines Ökosystems und Darstellung der Zusammenhänge zwischen abiotischen und biotischen Faktoren, ISBN: 978-3656920120*
- Saied El Sayed (Autor), Farid Hellal (Autor), Wirksamkeit von Kalium zur Linderung von biotischem Stress bei Pflanzen, ISBN: 978-6204505473*
- Pietro Lancioni (Autor), Biotische und abiotische Elicitoren, die Abwehrreaktionen in der Tomate induzieren: Induktion von Abwehrmechanismen in der Tomate nach Exposition mit pilzlichen, bakteriellen und abiotischen Molekülen, ISBN: 978-6203235906*
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