Date post: | 05-Apr-2015 |
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Mark-Oliver Rödel
ÖkologieTeil II: Autökologie
Vorlesung 5Licht, Wasser,
Osmoregulation
Licht
• Energie für Photosynthese• Zeitgeber• Orientierung• Visuelle Kommunikation
Jahreszeiten
Richtung der Solarstrahlung im Verlauf der Jahreszeiten mit maximaler Variationsbreite des Einfallwinkels von +/- 23,5° (Winkel der Rotationsachse der Erde zur Umlaufbahn)
unterschiedlich starke ErwärmungJahreszeiten
Tageslängen im Jahresverlauf
Monat
Tag
eslä
nge
(Stu
nden
)
z.B. Norditalienz.B. Kuba
Aktivität von Schaben unter Tag/Nachtwechsel und unter Dauerdunkel
Aktivität von Fliegen unter Tag/Nachtwechsel (Tage 1-7)und unter Dauerdunkel ab Tag 8.
Schlupf von Zuckmücken unter Tag/Nachtwechselund unter Dauerlicht
Gezeitenzyklus
MHWS, MNWS: mittleres Hoch- bzw. Niedrigwasser bei Springtiden
MHWN, MNWN: mittleres Hoch bzw. Niedrigwasser bei Nipptiden
Ein Zyklus Ebbe / Flut: 12:25 Stunden
• Clunio entwickelt sich (meist) im Meerwasser (z.B. C. marinus 2,5-3 mm; Larve maximal 5,7 mm)
• Wohnröhren der Larven auf Fels- oder Sandboden der unteren Gezeitenzone
• ♂ geflügelt, ♀ ungeflügelt
• ♂ mit großen Genitalzangen, mit denen es das ♀ bei der Begattung packt
• Fortpflanzung nur während einer Zeitspanne von etwa 2 h gesichert (Ebbe)
Felswattmücke Clunio
• bei Clunio aquilonius (Japan) sucht das ♂ auf der Wasseroberfläche gleitend eine ♀-Puppe auf, die sich nur mit Hilfe des ♂ zur Imago häuten kann
• das ♂ berührt die ♀-Puppe mit den Vorderfüßen, die Puppenhaut platzt vorn-oben und wird nun in wenigen sec vom ♂ mit den Hinterfüßen und Genitalzangen nach hinten gestreift
• sofort anschließend Begattung und Eiablage
• das ♀ stirbt auf dem Gelege
Bei arktischen Populationen wirkt die Temperaturerhöhung als Schlupfreiz
gezeitenperiodische Schlüpf- und Fortpflanzungszeiten bei arktischen Populationen von Clunio marinus im Freiland (Tromsö, Norwegen) und im Versuch mit 1-3 Temperaturerhöhungen als Zeitgeberreiz
Tid
enhu
bF
reila
nd
Saisondimorphismus bei Landkärtchenfalter, Araschnia levanadurch Tageslänge ausgelöstKurztag orange FrühjahrsformLangtag dunkle Sommerform
Freiland 18/6 Langtag (20°C) 8/15 Kurztag (20°C)
PolarisationsmusterPolarisationsmuster
Arthropoden (Komplexaugen) können polarisiertes Licht wahrnehmen
z.B. Bienen und Wüstenameisen nützen polarisiertes Licht zur Orientierung
Cataglyphis
Polarisationsmuster des Himmels
Orientierung nach der Sonne bei Molchen
Mittag (klar) Sonnenuntergang (klar)
Sonnenuntergang (klar)
Sonnenuntergang (bewölkt)
einzelner Molch
vorhergesagte Laufrichtung
mittlere beobachtete Laufrichtung
zelluläre Prozesse an wässriges Medium gebunden
Konzentrationen von Metaboliten und Enzymen wichtig für Geschwindigkeit von biochemischen Reaktionen und für Zellstrukturen
osmotische Effekte zwischen verschieden konzentrierten Lösungen
Wasser
Feuchteabhängigkeit der Entwicklungbei Wanderheuschrecken
Dauer der geschlechtlichen Entwicklung von Locusta migratoria (1) und Schistocerca gregaria (2) in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte, ausgedrückt als die Zahl der Tage zwischen der Imaginalhäutung und der ersten Eiablage.
Locusta migratoria
rel. Luftfeuchte (%)E
ntw
ickl
ungs
daue
r
Feuchteabhängigkeit des Reproduktionserfolgesbei Wanderheuschrecken
Zahl der je Weibchen abgelegten Eikapseln bei Locusta migratoria (1) und Schistocerca gregaria (2) in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte.
rel. Luftfeuchte (%)E
ikap
seln
Beziehung zwischen Temperatur und Feuchte
höchst möglicher Wasserdampfgehalt (g/m³)
30,3 17,3 9,4 4,8 2,2 1,1 0,5 g/m³
+30 +20 +10 0 -10 -20 -30 °C
Die Feuchtigkeit von mit Wasserdampf gesättigter Luft bei unterschiedlichen Temperaturen: Wassergesättigte Luft von 10°C ist nur noch zu 25% gesättigt wenn sie auf 35°C erwärmt wird.
Feuchteabhängigkeit bei Wanderheuschrecken
Reaktionsoberfläche der Interaktionen von Feuchtigkeit und Temperatur auf die Mortalität/das Überleben von Schistocerca gregaria Nymphen.
rel. Luftfeuchte (%) Temperatur (°C)
Übe
rlebe
n (%
)
Wasserabgabe: • Kot • Urin • Evaporation über die Oberfläche • Evaporation bei der Atmung • Kühlungsevaporation• Salzdrüsen • Trophallaxis• Abgabe von Markierpheromon • Säugen
manche Tiere (z. B. Esel) können 40% des Wassers verlieren, Menschen sterben bei einem Verslust von mehr als 15%
Schutz vor Wasserverlust (hängt häufig mit Verdunstungskühlung zusammen, also auch Vermeidung von Aufheizung)
Tiere aus warmen / trockenen Habitaten verlieren relativ weniger Wasser über Haut im Vergleich zur Atmung (Beispiel verschiedene Reptilien)
g verdunstetes Wasser (Haut und Atmung) / 100 g Körpergewicht und Tag
Anteil der Verdunstung über Haut und Atmung
wasserundurchlässige Außenhaut, z.B. Wachsschicht auf der Kutikula von Insekten (langkettige Kohlenwasserstoffe)
Wasserverlust über die Haut ist an den jeweiligen Lebensraum angepasst
Bibio
Dermacentor
Art verdunstetes H2O in mg pro 1 cm² Oberfläche
(bei 0,13 kPa)
Sumpffliege (Bibio) 900
Schabe (Periplaneta) 49
Wanderheuschrecke (Schistocerca)
22
Tse-Tse Fliege (Glossina)
13
Mehlwurm (Tenebrio) 6
Mehlmilbe (Acarus) 2
Zecke (Dermacentor) 0,8
Glossina
Temperaturabhängigkeit des Wasserverlustes bei Schaben
Temperatur (°C)
Was
serv
erlu
st (
mg
h-1)
Verdunstung nimmt generell mit höherer Temperatur zu (Dreiecke); ab einer bestimmten Grenztemperatur schmelzen die Wachse der Kutikula (Kreise) = Verdunstung steigt schlagartig an
REM-Aufnahme eines von 16 Stigmata von Scarabaeus flavicornis. Ist durch eine Klappe verschließbar.
Verminderung der Wasserabgabe bei der Atmung
CO2-Abgabe eines Schwarzkäfers (Pimelia) ohne Wasserstress
Verminderung der Wasserabgabe bei der Atmung
Zeit (min)
CO
2 A
bgab
e (m
l h-1)
CO2-Abgabe unter Wasserstress
CO
2 A
bgab
e (m
l h-1)
Zeit (min)
Wasserabgabe wird durch diskontinuierliche Atmung verringert
CO
2 (c
m³
g-1
h-1)
H2O
(m
g g-1
h-1)
hier bei einer Ameise, Pogonomyrmex
diskontinuierliche Abgabe von Kohlendioxid und Wasser bei Insekten durch Öffnen und Schließen von Stigmata
Zeit (min)
Ammoniak (ist primäres Endprodukt = keine extra Energie notwendig, braucht aber sehr viel Wasser zum Ausscheiden)
Harnstoff (braucht wenig Energie bei der Herstellung, braucht aber viel Wasser zum Ausscheiden)
Salze der Harnsäure als Paste oder trockene Substanz ausscheidbar (energieaufwendig, aber sehr wenig wasserlöslich)
Wassereinsparung durch Konzentrierung des Urins und Modus der N-Ausscheidung
Exkretion und Wasserabgabe
NH3
Exkretion und Lebensraum
Ammoniakammoniotelisch
Harnstoffureotelisch
Harnsäureuricotelisch
Exkret-Exkret-stoffestoffeaquatisch
terrestrischterrestrischaquatisch / terrestrisch
Kreideriedfrosch Hyperolius nitidulus
• in Savannengebieten Westafrikas
• Trockenzeit extreme Temperaturen (45°C im Schatten)
• kein offenes Wasser
• Jungtiere (0,2-0,6 g) ästivieren (übersommern) an einem Grashalm (bis zu 100 Tage) der direkten Sonne ausgeliefert
• sind voll reaktionsfähig
Amphibien in Trockengebieten
Kreideriedfrosch Hyperolius nitidulus
Amphibien in Trockengebieten
Anpassungen des Kreideriedfrosches gegen Wasserverlust
• können bis zu 50% des Körperwassers verlieren
• Haut an den exponierten Stellen praktisch wasserundurchlässig (Mechanismen nicht ganz klar, evtl. Lipidschichten, Mucus u.ä.)
• andere Stellen wasserdurchlässig
• normal hermetisch verschlossen
• bei Taubildung Wasseraufnahme
• Häutungen alle 1-3 Tage (Wasserverlust)
• bei Temperaturen über 37°C werden sie weiß
• Iridophoren (Zellen, die Guaninkristalle enthalten)
• reflektiert ca. 80% der Strahlung im sichtbaren Bereich und im nahen IR
• erst ab 45°C benutzen sie Verdunstungskühlung
• Stickstoffendprodukte in Form von Guanin in der Haut gelagert
Auch andere Froscharten mit gutem Verdunstungsschutz
Chiromantis xerampelina
Phylomedusa sauvagiiÜberzieht sich mit Wachsschicht
Cyclorana platycephala speichert Wasser und bildet Kokon aus
Zeit (h)
Ge
wic
ht (
g)
Frösche (und Chamäleon) bei 25°C und 20-30% relativer Luftfeuchte gehalten