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Biologie und Chemie für Schülerinnen und Schüler am Gymnasium
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Biologie - Sekundarstufe I
Klassenstufe 9
2. Zusammenhänge im Ökosystem
Ökologie, ein Teilgebiet der Biologie
- Einführung: Die Teilgebiete der Biologie
- Das Teilgebiet der Biologie: Ökologie
- Ökonomie und Ökologie - Der nachhaltige Umgang mit Ökosystemen
- Die Biosphärenreservate
- Das Biosphärenreservat Mittelelbe
- Ein paar abschließende Worte
1. Ökologie, ein Teilgebiet der Biologie
Die Biologie ist die "Lehre vom Leben". Sie ist die Naturwissenschaft, die sich mit den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten des Lebendigen befasst ("Biologie", griechisch: bios "Leben", logos "Wort", Lehre) und sie hat eine sehr lange Tradition. Die "Lehre vom Leben" wurde bereits 600 vor Christus von Thales von Milet (um 624 – 546 vor Christus, lebte in Milet, Kleinasien, war ein griechischer Naturphilosoph, Staatsmann, Mathematiker, Astronom und Ingenieur) entwickelt, der damals unter anderem glaubte, dass das Leben aus dem Wasser komme.
Inzwischen ist die Biologie viel zu umfangreich geworden, als dass man sie als eine Wissenschaft betrachten könnte. Aus diesem Grund haben sich im Laufe der Jahre einige Teilgebiete herausgebildet, die sowohl einzeln betrachtet, als auch im Zusammenhang zueinander gesehen werden müssen.
Eine kleine Auswahl dieser Teilgebiete der Biologie siehst Du in der nachfolgenden Tabelle.
| Name des Teilgebietes der Biologie | Wesentlicher Inhalt, mit dem sich Wissenschaftler innerhalb dieses Teilgebietes der Biologie beschäftigen |
| Taxonomie | Die Taxonomie beschäftigt sich mit der Systematik der Organismen (oder Lebewesen), das heißt, sie ordnet die Organismen in ein System abgestufter Gruppen, das ihre natürliche Verwandtschaft widerspiegelt. |
| Anatomie | Die Anatomie untersucht den inneren Aufbau von Organismen, wobei sie von Organsystemen (beim Menschen zum Beispiel: der Blutkreislauf, das Atmungssystem) ausgeht. |
| Cytologie | Die Cytologie analysiert die Struktur und die Funktion von Zellen. Zellen (zum Beispiel die Nervenzelle oder die Muskelzelle) gelten als kleinste Bausteine eines jeden Organismus. |
| Evolution | Die Evolution oder Abstammungslehre behandelt Fragen der Entstehung des Lebens und der Entwicklung der Lebewesen im Verlaufe der Erdgeschichte. |
| Paläontologie | Die Paläontologie ist die Wissenschaft von den Lebewesen, die in vergangenen Erdzeitaltern auf der Erde gelebt haben (zum Beispiel Dinosaurier oder Säbelzahntiger). |
2. Das Teilgebiet der Biologie: Ökologie
In jeder Küche sind sie zu finden: Gewürze aller Art. Schon immer in der Geschichte der Menschheit haben Gewürze eine große Rolle gespielt.
Vor 1600 Jahren belagerte Alarich I. (Alarich I., um 370 - 410 war der erste sicher bekannte König der Westgoten) Rom. Er forderte als Lösegeld, natürlich neben großen Mengen an Edelmetallen, auch eineinhalb Tonnen Pfeffer.
Die Reisen von Marco Polo (Marco Polo, ca. 1254 - 1324, venezianischer Händler) oder Ferdinand de Magellan ( Ferdinand de Magellan, 1480 - 1521, portugiesischer Seefahrer, der für die spanische Krone segelte) wurden unter großen Strapazen auch deshalb unternommen, um bessere Routen zu Ländern zu finden, die Gewürze produzieren. Offensichtlich spielen Gewürze für die Farbe und den Geschmack von Speisen für den Menschen eine wichtige Rolle.
Warum mögen wir Speisen, die scharfe, oder andere Speisen, die liebliche Gewürze enthalten? Warum verwenden die Menschen überhaupt so viele verschiedene Sorten dieser Pflanzenprodukte? Warum sind die Speisen in einigen Kulturen schärfer gewürzt, in anderen wieder lieblicher?
Solche Fragen stellen sich Biologen, auch um heraus zu finden, warum Tiere eine bestimmte Nahrung bevorzugen, andere Nahrung wiederum nicht.
Warum schlägt der, in Steppenlandschaften vorkommende, Kaiseradler bevorzugt Kaninchen und Hasen? Solche Fragen sind typische Fragen der Verhaltensökologie. Hier sehen wir die Verschmelzung zweier naturwissenschaftlicher Forschungsgebiete: der Verhaltensbiologie (Verhaltensbiologie ist eine Teildisziplin der Biologie und erforscht das Verhalten der Tiere und des Menschen) und der Ökologie.
Merksätze: Der Begriff: "Ökologie" stammt aus dem griechischen: oikos "Haushalt" und logos "Wort", "Lehre". Wörtlich übersetzt bedeutet Ökologie also "Lehre vom Haushalt". Gegründet wurde die Ökologie im Jahre 1869 von Ernst Haeckel (deutscher Biologe 1834 - 1919), er bezeichnete sie als "Lehre vom Haushalt der Natur".
Heute beschäftigt sich die Ökologie, als naturwissenschaftliche Fachrichtung, mit allen Formen der biologischen Wechselbeziehungen in der lebendigen Welt.
Auf dem Bild links siehst Du einen Kiefernwald im Sommer. Mitten im Bild erkennt man einen befestigten Weg, auf dem die Leute spazieren können. In Europa gibt es keinen Wald mehr, der völlig ursprünglich ist. In all jene Wälder, die in Europa vorkommen, hat der Mensch bereits in Vorzeiten eingegriffen.
Der Mensch betreibt Holzwirtschaft und Jagd und nutzt den Wald als Erholungsgebiet. Er greift damit in den natürlichen Kreislauf eines Lebensraumes ein.
Mit welchen Wechselbeziehungen beschäftigt sich die Ökologie?
Ernst Haeckel (deutscher Biologe 1834 - 1919) bezeichnete die Ökologie als "Lehre vom Haushalt der Natur"". Heute beschäftigen sich die Ökologen (das sind Fachleute, die sich mit der Ökologie befassen) mit allen Formen der biologischen Wechselbeziehungen in der lebendigen Welt.
In der nachfolgenden Tabelle ist dargestellt, jeweils an einem Beispiel erklärt, mit welchen Wechselbeziehungen sich die Ökologen beschäftigen.
| Form der Wechselbeziehung | Beispiel |
| 1. Die Ökologie beinhaltet zunächst die Wechselbeziehungen von Lebewesen innerhalb einer Art (Zu einer Art gehören Individuen mit gleichen Merkmalen in Bau und Funktion, die untereinander fortpflanzungsfähige Nachkommen hervor bringen.) | Im Juli 2009 kamen unzählige Marienkäfer am Ostseestrand in Warnemünde vor (nach Leipziger Volkszeitung vom 29.7.2009). Man sprach sogar von einer "Marienkäfer - Invasion an der Ostsee". Wie verhalten sich die Käfer untereinander? |
| 2. Die Ökologen beschäftigen sich aber auch mit den Wechselbeziehungen der Arten (Zu einer Art gehören Individuen mit gleichen Merkmalen in Bau und Funktion, die untereinander fortpflanzungsfähige Nachkommen hervor bringen.) untereinander. | Marienkäfer ernähren sich von Blattläusen. Also ist vielleicht das Massenauftreten dieser Blattsauger Ursache dafür, dass die Marienkäfer so gehäuft vorkommen? |
| 3. Biologische Wechselbeziehungen bestehen aber auch zwischen Organismen (Lebewesen) und ihren abiotischen Umweltfaktoren (das sind Umweltfaktoren, die von der nicht lebenden natur ausgehen). Diese Wechselbeziehungen herrschen in einem Biotop (griechisch: topos, Ort; Lebensraum von Tieren und Pflanzen unter bestimmten klimatischen Bedingungen). | So bieten die Sonneneinstrahlung, die Lufttemperatur, Wind oder die Luftfeuchtigkeit günstige oder ungünstige Lebensbedingungen für die Marienkäfer, die in diesem Lebensraum, dem Biotop, vorkommen. Durch starken Wind werden Marienkäfer weg getragen, Die Sonneneinstrahlung erhöht die Lufttemperatur und aktiviert die Lebensprozesse der wechselwarmen Marienkäfer (wechselwarme Tiere sind Tiere, die ihre Körpertemperatur der Umgebungstemperatur anpassen). |
| 4. Jede Population (das sind alle Organismen einer Art, die ein bestimmtes Gebiet, Biotop, bewohnen) von Organismen beeinflusst wiederum eine oder mehrere andere Populationen. | Sowohl die Marienkäfer selbst als auch deren Larven vertilgen Blattläuse. Also beeinflusst die Population der Marienkäfer die Population Blattläuse und damit wiederum den Pflanzenbestand. |
| 5. Letztendlich ergeben sich Wechselbeziehungen sowohl zwischen allen Lebewesen innerhalb eines Lebensraumes (Biotops) als auch seinen abiotischen Umweltfaktoren. Es ergibt sich ein System von Wechselwirkungen, das als Ökosystem bezeichnet wird. | Marienkäfer fressen Blatt- und Schildläuse. Marienkäfer wiederum werden von Vögeln oder Eidechsen gefressen. Alle diese Tiere leben unter bestimmten Umweltbedingungen, unter bestimmten Temperaturen, Luftfeuchte und Windeinfluss. Alle diese Beziehungen untereinander bilden ein Ökosystem. |
| 6. Die Gesamtheit aller Ökosysteme der Erde bildet nun die Biosphäre. | Es gibt die vielfältigsten Lebensräume auf der Erde, ich nenne nur drei: Korallenriffe, Hochgebirge, Moorlandschaften. Alle Ökosysteme der Erde bilden die Biosphäre. |
Die Ökologie ist ein Teilgebiet der Biologie, die sich mit allen Formen biologischer Wechselbeziehungen in der lebendigen Welt befasst.
3. Ökonomie und Ökologie - Der nachhaltige Umgang mit Ökosystemen
Die meisten ökonomischen Analysen beschäftigen sich ausschließlich mit Dingen, die für den Menschen direkt von Nutzen sind. Es geht immer um die Frage, wie sich etwas in Geldwert umrechnen oder ausdrücken lässt. Die Frage: "Was kostet wie viel?" ist eine zentrale Frage der Ökonomen.
Ökologische Analysen jedoch müssen sich nicht nur mit dem Geldwert beschäftigen, sondern sie befassen sich mit einem indirekten Nutzen für den Menschen. Ökologische Analysen beschäftigen sich immer mit der Lebensgrundlage des Menschen, mit seinem Lebensraum und den ihn umgebenden Lebewesen.
Gehen wir von einem Beispiel aus, dem Meer. Rund 71 Prozent unserer Erdoberfläche ist mit Salzwasser bedeckt. Das Meer ist damit der größte Lebensraum der Erde. Seine Besonderheit liegt in der großen Tiefe und seiner riesigen Ausdehnung. Deshalb herrschen in unseren Meeren relativ konstante Umweltbedingungen. So ist zum Beispiel der Gehalt an anorganischen Ionen (zum Beispiel an Chlorid-, Sulfat- oder Carbonat-Ionen) relativ konstant. Auch die großen Wasserströmungen bleiben relativ gleich. In den Weltmeeren herrscht ein ungeheurer Artenreichtum vor. Damit ergeben sich weiträumige Nahrungsbeziehungen sowohl der Tier- als auch Pflanzenarten untereinander.
Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Biomasse an Raubfischen in den Weltmeeren durch industrielles Überfischen in nur fünfzig Jahren auf etwa zehn Prozent des Wertes vor der Industrialisierung reduziert wurde.
Wer kennt sie nicht, die unzähligen Sorten an Fischgerichten und Fischprodukten in der Tiefkühltruhe der Supermärkte. Das Angebot scheint unerschöpflich zu sein.
Beispiel Kabeljau. Der Kabeljau gehörte bis etwa 1970 zu den am meisten verbreiteten Fischarten der Welt. Der Kabeljau ist leicht zu fangen, gut verwertbar und lagerfähig. Das hat dazu geführt, dass der Fischbestand des Kabeljau derart an Überfischung gelitten hat, dass nunmehr vor der gesamten kanadischen Ostküste seit 1994 das Fangverbot verhängt wurde.
Inzwischen haben sich die Fischbestände aber immer noch nicht erholt. Dieses Beispiel zeigt uns, dass es dem Menschen möglich ist, schnell in vorhandene Ökosysteme einzugreifen und Arten zu minimieren, die Populationen (Populationen bestehen aus Individuen einer Art in einem bestimmten Lebensraum) brauchen aber sehr lange, um sich wieder zu erholen.
Für dieses Problem gibt es nur eine Lösung: Der "nachhaltige" Umgang mit der Natur. "Nachhaltigkeit" bedeutet, dass "jede Generation von der vorherigen Generation zumindest einen gleichwertigen, adäquaten Kapitalbestand
an von Menschen geschaffenem und natürlichem Kapital erben muss". (nach Wiliam E. Rees, Bioökologe aus den Großbritannien, 1997).
Einen "adäquaten Kapitalbestand erben", heißt wohl, dass jede Generation das an ihre Kinder vererben muss, was sie selbst vorgefunden hat. Das bedeutet, dass die vorhandenen Nahrungsbeziehungen, die vorgefundenen Umweltbedingungen unangetastet bleiben müssten. Das lässt sich unter ökonomischen Gesichtspunkten nicht immer realisieren. Wir Menschen müssen uns ernähren, wir müssen uns kleiden, wir wollen unsere Häuser bauen. Das heißt also, dass der Mensch in die Natur eingreifen muss.
Trotzdem kann der Mensch etwas für die Natur tun. Er kann zum Beispiel bestimmte Gebiete schaffen, die unter seinem besonderen Schutz stehen. Es gibt in vielen Ländern der Erde solche Gebiete. Denken wir zunächst an die Zoologischen Gärten, die in vielen Großstädten zu finden sind. Im Bild links siehst Du Elefanten im Leipziger Zoo.
Neben diesen, doch relativ kleinen geschützten Flächen innerhalb von Städten, gibt es großflächige Landschafts- und Naturschutzgebiete.
Des Weiteren existieren Biosphärenreservate, die sowohl Landschafts- als auch Naturschutzgebiete einschließen.
Was ist denn ein Biosphärenreservat?
Der Begriff "Biosphärenreservat" beinhaltet gleich zwei Fachbegriffe. Zum einen den Begriff: "Biosphäre", zum anderen den Begriff: "Reservat".
Die Gesamtheit aller Ökosysteme der Erde bildet die Biosphäre. Eine "Biosphäre" ist also der gesamte irdische Lebensraum für Pflanzen und Tiere. Der Begriff: "Reservat" stammt aus dem lateinischen und bedeutet: "Vorbehalt" oder "Sonderrecht". Unter einem Reservat versteht man heute einen Lebensraum für gefährdete Pflanzen und Tiere.
Im Jahr 2009 existierten weltweit 507 Biosphärenreservate in 110 Staaten. Werden die Biosphärenreservate insgesamt betrachtet, so sind solche geschützten Lebensräume für Pflanzen und Tiere über den gesamten Globus verteilt. Also bildet jedes einzelne Reservat seinen Teil für den geschützten Lebensraum von Pflanzen und Tieren weltweit.
Die Reservate sind im internationalen Netz UNESCO zusammengeschlossen.
Welche Aufgaben haben die Biosphärenreservate?
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Folgende Aufgaben haben die Biosphärenreservate:
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Biosphärenreservate sind großflächige Modellregionen für komplex strukturierte Kultur-landschaften. Die Aufgaben der Biosphärenreservate beinhalten die Forschung, die Umweltbeobachtung, die Umweltbildung und der dauerhaft umweltgerechte Umgang mit natürlichen Rohstoffen.
Welche Flächen beinhalten die Biosphärenreservate?
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Biosphärenreservate beinhalten folgende Flächen:
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Biosphärenreservate beinhalten Totalreservate, Naturschutzgebiete, Landschaftsschutzgebiete aber auch Wohn- und Wirtschaftsflächen des Menschen.
5. Das Biosphärenreservat Mittelelbe
Wer sieht sie nicht gern: Tiere in der freien Natur, nicht "eingesperrt" im Zoo. 
Keine Tiere hinter einer Absperrung, vielleicht an trüben Tagen nicht einmal zu sehen. Man hat doch aber Eintritt bezahlt.
Wer schaut nicht gern nach Pflanzen, die am Wegesrand stehen, die so schön blühen, fotografiert sie oder nimmt sich gar ein Sträußchen mit nach Hause?
Im Biosphärenreservat darf man das: schauen, staunen, fotografieren, schnuppern. Und manchmal hat man sogar ein lohnendes Motiv vor der Linse. Im Biosphärenreservat Mittelelbe könnte das der Biber sein.
Im Bild siehst Du ein Hinweisschild zum Informationszentrum des Biosphärenreservates Mittelelbe.
Im Jahr 1990 wurde die Flusslandschaft Elbe in Sachsen-Anhalt, Brandenburg, Niedersachsen, Mecklenburg-Vorpommern und Schleswig-Holstein mit einer Fläche von 125.743 Hektar zum Biosphärenreservat erklärt. Mittelelbe ist der sachsen-anhaltische Teilbereich dieses größten deutschen Biosphärenreservates. Zwischen Dessau und Oranienbaum befindet sich der zentrale Verwaltungssitz des Gebietes, es ist die Kapenmühle. Du siehst dieses Gebäude, etwas versteckt hinter Bäumen, auf dem Bild links. Ein Holzhaus, mitten in der Natur.
Warum braucht der Biber ein Biosphärenreservat?
Der Elbebiber (sein lateinischer Name lautet: Castor fiber albicus) galt bis 1850 in Deutschland als ausgestorben.
Auf dem Bild siehst Du einen Elbebiber aus Holz nachgebildet. (Sehr gut sind der massige Körperbau und der flache breite Schwanz zu erkennen.)
Der Elbebiber galt bis 1850 in Deutschland als ausgestorben, weil er gejagt wurde, denn sein Fell hielt warm und war Statussymbol zugleich. Da vor allem bei Begüterten die Nachfrage groß war und sich damit viel Geld machen ließ, konnte nie genug von diesen Pelzen beschafft werden.
Biberfleisch stand auf der Speisekarte der Menschen. Das Fleisch soll ganz zart sein und sein Schwanz soll einen fischähnlichen Geschmack haben. So kam dieses Fleisch auch an kirchlichen Fasttagen auf den Tisch.
Der Biber kehrte zurück in die Flusslandschaft. Morastiger Boden, viele kleine Gewässer, Bäume, wie Espen oder Weiden, solche Lebensräume bevorzugt das massige Nagetier mit dem flachen und breiten Schwanz.
Der Biber galt lange Zeit als ausgestorben. Er kehrte zurück in die Flusslandschaft. Das Gebiet Mittelelbe wurde zum Biosphärenreservat erklärt, um den Lebensraum des Elbebibers nunmehr zu erhalten.
Mit den nachfolgenden Bildern und Texten unternehmen wir einen kleinen Streifzug durch das Biosphärenreservat Mittelelbe und sind dem Biber ein wenig auf der Spur.
Im Biosphärenreservat Mittelelbe gibt es einige Hinweistafeln zum Elbebiber. Auf dem Bild siehst Du einen Ausschnitt einer solchen Hinweistafel: Die Maße des Elbebibers im Vergleich zur Bisamratte.
Den Biber im Biosphärenreservat anzutreffen ist wirklich ein Kunststück. Er ist nämlich nachtaktiv und wird sich nicht gerade deshalb präsentieren, weil ein Zweibeiner vorbei kommt.
Der Biber baut seinen Bau, der einen unter der Wasseroberfläche führenden Schacht hat, in den Uferböschungen. Er baut auch die so genannten Biberburgen, die zwei bis drei Meter aus dem Wasser heraus ragen. Dazu schleppt der Biber Zweige und kleiner Baumstämme herbei, die er selbst abbeißt. Er ist in der Lage, über die Wasserfläche fließender Gewässer hinweg, Staudämme zu bauen. Viele Leute denken, dass dies dem Biber zum Fischfang dient. Dem ist keineswegs so. Der Biber ist ausschließlich Pflanzenfresser und ernährt sich von Weichholz.
In ihren Bauen, die sich im Wasser befinden, leben die Biber in Paaren oder sogar in Kolonien. Natürlich können Biber ausgezeichnet schwimmen und tauchen. Das Weibchen wirft Ende April zwei bis sieben Junge. Die Jungen sind schon behaart und kommen mit offenen Augen zur Welt. Acht Wochen werden die Kleinen gesäugt.
Für den Winter legt der Biber Vorräte an, zum Beispiel Weidenzweige. Er hält keinen Winterschlaf. Wir können seine Bauwerke bewundern. Zum Beispiel seine Staudämme, die er gebaut hat.
Man kann Nagespuren des Bibers an Bäumen sehen (wie auf dem Bild).
Und man kann sehen, wie der Biber die Landschaft verändert: Durch seine Arbeiten sterben Bäume ab und durch den Staudammbau entstehen neue Wasserflächen.
Die feuchten Gebiete sind also sein Lebensraum. Wenn dieser Lebensraum, wie im Biosphärenreservat, vom Menschen geschützt wird, kann sich der Biber ungehindert ausbreiten und vermehren. Noch vor ca. 150 Jahren vom Aussterben bedroht, kommt der Elbebiber heute wieder bei uns vor.
Deshalb brauchen wir solche geschützten Gebiete.
Wir schützen nur, was wir lieben. Deshalb gibt es im Biosphärenreservat sehr viele Informationstafeln (wie hier links im Bild ein Hinweis auf eine Weidenschule zu sehen ist). Die Tafeln dienen der Aufklärung der Besucher über die Pflanzen- und Tierarten, die dort vorkommen. In einer Weidenschule sind junge Weidenbäume angepflanzt worden. Weiden (zum Beispiel Fahlweiden) sind Nahrungsgrundlage für die Biber.
- Der Mensch schützt nur, was er liebt.
- Schützen wir den Artenreichtum, denn mit dem Elbebiber schützen wir auch alle weiteren vorkommenden Tier- und Pflanzenarten. Damit schützen wir auch die vielfältigen Wechselbeziehungen zwischen den Organismen.
- Die Vielfalt der Arten ist notwendig für das Funktionieren der gesamten Ökosysteme der Erde, von denen der Mensch nur ein Bestandteil ist.
6. Ein paar abschließende Worte
Der Kaisermantel (Argynnis paphia) ist ein Edelfalter, der weit verbreitet ist. Schmetterlinge erfreuen jeden Menschen. Die kleinen Gesellen schweben scheinbar leicht durch die Luft und flattern dabei mit ihren bunten Flügeln. Schmetterlinge machen den Sommer doch erst zur schönsten Jahreszeit!
Jede Tier- und Pflanzenart unserer Erde sollte von allen Menschen als schützenswert angesehen werden.