Ein See im Hochsommer
AFB I–IIAn einem windstillen Augusttag untersucht ein Biologiekurs einen 20 m tiefen, nährstoffreichen See. M1 zeigt die Messwerte an der tiefsten Stelle, M2 Beobachtungen aus dem See.
| Tiefe | Temperatur | Sauerstoff | Licht |
|---|---|---|---|
| 0 m | 22,0 °C | 9,5 mg/l | 100 % |
| 2 m | 21,5 °C | 10,4 mg/l | 40 % |
| 4 m | 20,0 °C | 10,1 mg/l | 16 % |
| 6 m | 14,0 °C | 7,0 mg/l | 6 % |
| 8 m | 9,0 °C | 4,2 mg/l | 2 % |
| 10 m | 7,0 °C | 2,8 mg/l | 1 % |
| 15 m | 5,5 °C | 1,0 mg/l | 0 % |
| 20 m | 5,0 °C | 0,3 mg/l | 0 % |
(1) Wasserflöhe fressen Grünalgen im Oberflächenwasser.
(2) Hechte lauern im Schilf auf Rotaugen.
(3) Große Hechte fressen gelegentlich junge Hechte.
(4) Rotaugen schwimmen in großen Schwärmen, in denen der einzelne Fisch seltener erbeutet wird.
(5) Im Schlamm am Grund leben im August zahlreiche Zuckmückenlarven, Fische fehlen dort.
- Beschreiben Sie die Tiefenprofile von Temperatur, Sauerstoffgehalt und Licht (M1).
- Erklären Sie, warum der Sauerstoffgehalt in 2 bis 4 m Tiefe höher ist, als das Wasser bei dieser Temperatur eigentlich gelöst halten kann, und warum er darunter stark abnimmt.
- Ordnen Sie die Beobachtungen (1) bis (4) aus M2 begründet als intra- oder interspezifische Beziehungen zu.
- Erläutern Sie Beobachtung (5) als Beispiel für die Wechselbeziehungen zwischen Biotop und Biozönose.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Temperatur: In den oberen 4 m ist das Wasser gleichmäßig warm (22,0 bis 20,0 °C). Zwischen 4 und 8 m fällt sie steil um 11 K auf 9,0 °C, darunter nur noch langsam auf 5,0 °C am Grund. Sauerstoff: An der Oberfläche 9,5 mg/l, ein Maximum von 10,4 mg/l in 2 m Tiefe, danach eine stetige Abnahme auf 0,3 mg/l am Grund; unterhalb von 10 m liegt er unter 3 mg/l. Licht: Die Lichtmenge nimmt mit der Tiefe sehr rasch ab — in 2 m sind es noch 40 %, in 6 m 6 %, ab 15 m kommt kein Licht mehr an.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
In den oberen Metern reicht das Licht für die Fotosynthese der Algen und Wasserpflanzen. Sie setzen dabei Sauerstoff frei, und zwar mehr, als durch Zellatmung verbraucht wird und an die Luft entweicht; das Wasser ist deshalb übersättigt (10,4 statt höchstens etwa 8,7 mg/l bei 22 °C). Unterhalb von etwa 6 m reicht das Licht kaum noch für Fotosynthese, der Sauerstoff wird aber weiter durch die Zellatmung von Tieren und Bakterien verbraucht. Der Temperatursprung zwischen 4 und 8 m zeigt, dass sich das kalte, schwerere Tiefenwasser im Sommer nicht mit dem warmen Oberflächenwasser mischt; es wird also kein Sauerstoff nachgeliefert — obwohl kaltes Wasser eigentlich mehr lösen könnte, sinkt der Gehalt bis fast null.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
(1) interspezifisch: Wasserflöhe und Grünalgen sind verschiedene Arten (Fressbeziehung). (2) interspezifisch: Hecht und Rotauge sind verschiedene Arten (Räuber-Beute-Beziehung). (3) intraspezifisch: Räuber und Beute gehören beide zur Art Hecht. (4) intraspezifisch: Der Schwarm besteht aus Individuen einer Art, die sich gegenseitig Schutz bieten; der Fressfeind ist nur der Anlass, die beobachtete Beziehung besteht zwischen den Rotaugen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Der Sauerstoffgehalt ist ein abiotischer Faktor des Biotops. Er wird von der Biozönose selbst verändert: Algen erhöhen ihn im Licht, Bakterien senken ihn am Grund, wenn sie abgestorbene Algen und andere tote Reste abbauen. Umgekehrt begrenzt der Sauerstoffmangel die Biozönose: Fische brauchen mehr Sauerstoff, als am Grund vorhanden ist (0,3 bis 1,0 mg/l), und fehlen dort. Zuckmückenlarven kommen mit sehr wenig Sauerstoff aus und finden im Schlamm reichlich Nahrung aus abgesunkenen Resten, ohne von Fischen gefressen zu werden. Biotop und Biozönose beeinflussen sich also wechselseitig.
Die Rückkehr der Wölfe
AFB II–IIIIm Yellowstone-Nationalpark (USA) waren die Wölfe um 1926 ausgerottet. In den folgenden Jahrzehnten wuchs die Zahl der Wapitis, einer großen Hirschart, stark an. 1995 und 1996 wurden 31 Wölfe aus Kanada angesiedelt. M3 zeigt die Entwicklung im Norden des Parks, M4 weitere Beobachtungen.
| Jahr | Wölfe | Wapitis | Höhe junger Weiden am Ufer | Biberkolonien |
|---|---|---|---|---|
| 1994 | 0 | 17 000 | 60 cm | 1 |
| 1999 | 60 | 12 000 | 80 cm | 3 |
| 2004 | 95 | 8 500 | 140 cm | 7 |
| 2009 | 40 | 6 000 | 200 cm | 12 |
| 2014 | 45 | 5 000 | 230 cm | 11 |
Wapitis fressen im Winter bevorzugt junge Weiden und Espen an den Flussufern. Seit der Rückkehr der Wölfe halten sie sich dort kürzer auf. Biber nutzen Weiden als Nahrung und Baumaterial; ihre Dämme stauen Bäche zu Teichen auf. Im selben Zeitraum wurden Wapitis, die im Winter den Park verließen, verstärkt bejagt; außerdem gab es mehrere Dürresommer, und die Zahl der Pumas und Grizzlybären nahm zu.
- Beschreiben Sie die Entwicklung der vier Größen in M3.
- Erläutern Sie mithilfe von M3 und M4 eine mögliche Wirkungskette von den Wölfen bis zu den Bibern und ordnen Sie jede Beziehung als intra- oder interspezifisch ein.
- Erklären Sie, wie Biberdämme abiotische Faktoren eines Bachs verändern und welche Folgen das für dessen Biozönose haben kann.
- In einem Zeitungsartikel heißt es: „Die Wölfe allein haben die Ufer von Yellowstone gerettet.“ Beurteilen Sie diese Aussage.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Die Zahl der Wölfe steigt nach der Ansiedlung von 0 (1994) auf ein Maximum von 95 (2004) und sinkt danach auf 40 bis 45. Die Zahl der Wapitis nimmt im gesamten Zeitraum ab, von 17 000 auf 5 000, also auf weniger als ein Drittel; der Rückgang verlangsamt sich zum Ende hin. Die jungen Weiden am Ufer werden stetig höher, von 60 cm auf 230 cm, am stärksten zwischen 1999 und 2009. Die Zahl der Biberkolonien steigt von 1 auf 12 (2009) und bleibt dann etwa gleich.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Wölfe erbeuten Wapitis (interspezifisch, Räuber-Beute-Beziehung). Dadurch sinkt die Zahl der Wapitis, und die übrigen meiden die Ufer, an denen sie leicht überrascht werden. Wapitis fressen weniger junge Weiden (interspezifisch, Pflanzenfresser und Pflanze); die Weiden wachsen höher. Biber finden mehr Nahrung und Baumaterial (interspezifisch, Biber und Weide), die Zahl der Kolonien steigt. Dass die Wolfszahl nach 2004 wieder sinkt, lässt sich mit weniger Beute und Konkurrenz der Wölfe untereinander um Reviere und Nahrung erklären (intraspezifisch). Die Kette zeigt, dass eine einzige Art über mehrere Glieder hinweg auf ganz andere Arten wirken kann.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Der Damm staut den Bach: Das Wasser fließt langsamer, wird tiefer und breiter, erwärmt sich im Sommer stärker und enthält dann weniger gelösten Sauerstoff; feiner Schlamm setzt sich am Grund ab, und der Grundwasserspiegel in der Umgebung steigt. Damit ändern sich abiotische Faktoren des Biotops. Arten, die schnell fließendes, kühles, sauerstoffreiches Wasser brauchen, werden im Teich seltener; stattdessen finden Arten stehender Gewässer, etwa Amphibien, Libellen und Wasserpflanzen, neuen Lebensraum. Die Biber sind also Lebewesen, die über die Veränderung des Biotops auf die Biozönose zurückwirken.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Für die Aussage spricht, dass Wapitis nach der Rückkehr der Wölfe deutlich abnahmen, die Ufer mieden und Weiden und Biber im selben Zeitraum zunahmen; die Wirkungskette ist ökologisch plausibel. Gegen das Wort „allein“ spricht M4: Die Jagd auf Wapitis außerhalb des Parks und weitere Räuber (Pumas, Bären) haben die Wapitis ebenfalls verringert; Dürresommer beeinflussen als abiotischer Faktor sowohl die Wapitis als auch das Wachstum der Weiden. Außerdem zeigen die Daten nur ein zeitliches Zusammentreffen; ohne Vergleichsgebiet oder Experiment lässt sich der Anteil der Wölfe nicht bestimmen. Fazit: Die Wölfe haben wahrscheinlich einen wichtigen Beitrag geleistet, die Veränderungen gehen aber auf das Zusammenwirken mehrerer biotischer und abiotischer Faktoren zurück. Die Aussage ist in dieser Form zu stark.