Hinweis: Es sollen drei der vier Aufgaben bearbeitet werden.

Die Alpen sind v. a. terrestrischer Lebensraum für verschiedene Tiere wie Alpensteinbock (Capra ibex) und Gämse (Rupicapra rupicapra), beinhalten aber auch aquatische Ökosysteme wie Seen, Flussläufe und Bäche, die z. T. auch vom Menschen, beispielsweise zur Forellenzucht, genutzt werden.

1

Beschreibe das Diagramm zur Bestandsentwicklung der Steinbockpopulation im Hinblick auf die darin erkennbaren Phasen einer Populationsentwicklung und zeichne diese Phasen in Abbildung 1 ein. (M 1)

6 BE

2

Skizziere einen beschrifteten Ausschnitt aus der Zellmembran einer braunen Fettzelle unter Anwesenheit von Noradrenalin. (M 1)

6 BE

3.1

Stelle die Messwerte der Tabelle in einem beschrifteten Diagramm dar und interpretiere diese. (M 2)

8 BE

3.2

Plane ein Laborexperiment, mit dem die Fragestellung der weiteren Seminararbeit untersucht werden kann. (M 2)

5 BE

4

Skizziere eine allgemeine, beschriftete Darstellung einer ökologischen Toleranzkurve und erläutere, weshalb mit Hilfe der Daten keine Toleranzkurve für den Faktor Temperatur für die Regenbogenforelle ableitbar ist. (M 3)

5 BE

Material 1: Gämse und Alpensteinböcke

Gämse und Alpensteinböcke besiedeln bestimmte Regionen des bayerischen Alpenraums und sind an das Leben im Hochgebirge angepasst.

Eine Angepasstheit bei den Gämsen ist ihr braunes Fettgewebe, das unter anderem durch Wärmeproduktion Schutz vor Unterkühlung bietet. Ein Bestandteil der Zellmembranen brauner Fettzellen ist ein Rezeptorprotein, an das z. B. das durch einen Kältereiz freigesetzte Hormon Noradrenalin binden kann. Im Zellinneren ist das Rezeptorprotein mit einem weiteren Protein verbunden.

Im Jahr 1920 war der Alpensteinbock im Schweizer Kanton Graubünden ausgerottet. Nachdem wenige Tiere ausgewildert wurden, hat sich der Bestand dieser Tierart dort wie folgt entwickelt (Abb. 1):

Abb. 1: Bestandsentwicklung des Alpensteinbocks in Graubünden von 1923 bis 2023¹

Material 2: Forellenzucht im Alpenvorland

Im bayerischen Alpenvorland wird Fischzucht betrieben, die neben der Nahrungsmittelproduktion auch dem Arterhalt dienen kann.

Die Marmorierte Forelle (Salmo marmoratus) beispielsweise gilt als vom Aussterben bedroht, da ihr Habitat, Alpenflüsse in Norditalien, durch Bebauung stark verändert wurde und die nicht heimische Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) dort ausgesetzt wurde. Durch gezielte Nachzuchten konnten zumindest einzelne Populationen gerettet werden.

Ein Fischteich nahe Rosenheim mit einer Wasserfläche von ca. zwei Hektar wird zur Regenbogenforellenzucht genutzt. Der Teich und seine beiden Zuflüsse sind von landwirtschaftlich genutzten Flächen umgeben. In das Gewässer wurde von Wasservögeln die Vielwurzelige Teichlinse (Spirodela polyrhiza) eingebracht. Dabei handelt es sich um auf der Wasseroberfläche treibende Pflanzen mit wenigen, linsengroßen Blättchen, die sich ungeschlechtlich vermehren und somit im Sommer ein Gewässer innerhalb weniger Wochen komplett bedecken können.

In einer Seminararbeit zur Charakterisierung dieses Gebiets wurde der Nitratgehalt der Zuflüsse und des Abflusses des Fischteichs regelmäßig bestimmt. Die erhaltenen Messwerte sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Tab.: Nitrat-Ionenkonzentrationen in den Zuflüssen und im Ablauf des Fischteichs in mg/L ¹

Probenahme	1. Zufluss	2. Zufluss	Ablauf
15. April	25	60	30
15. Mai	10	30	10
15. Juni	10	40	5
15. Juli	30	80	2
15. August	10	25	10
15. September	10	25	10

In einer weiteren Seminararbeit soll mithilfe eines Laborexperiments überprüft werden, ob eine Senkung des pH-Wertes die Vermehrung der Vielwurzeligen Teichlinse hemmen kann.

Material 3: Abiotische Umweltfaktoren bei Regenbogenforellen

Regenbogenforellen bevorzugen kaltes, sauerstoffreiches Wasser. Bei Temperaturen über 23 °C und einem Sauerstoffgehalt unter 2,5 mg/L können sie nicht überleben. Die Diagramme in Abbildung 2 zeigen die Faktoren Temperatur und Sauerstoffgehalt in Abhängigkeit von der Wassertiefe eines Alpensees sowie die Tiefenverbreitung von Regenbogenforellen in diesem Gewässer.

Abb. 2: Tiefenverbreitung von Regenbogenforellen, Temperatur und Sauerstoffgehalt in einem Alpensee²

Quellen:

¹ Daten aus: G. Brosi: 30 Jahre Steinwildjagd in Graubünden. Amt für Jagd und Fischerei Graubünden (2007)

² Rowe, D. K. & Chisnall, B. L. (1995). Effects of oxygen, temperature and light gradients on the vertical distribution of rainbow trout,Oncorhynchus mykiss, in two North Island, New Zealand, lakes differing in trophic status. New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research, 29(3), 421–434.

1.1

Kennzeichnung der Phasen im Diagramm:

Beschreibung der Phasen:

• lag-Phase: Zunächst verzögertes Populationswachstum durch Einstellung auf die vorliegenden Lebensbedingungen

• log-Phase: Populationswachstum mit maximaler Wachstumsrate unter natürlichen Bedingungen; Abnahme der Wachstumsrate hin zur stationären Phase

• Stationäre Phase: Kein Populationswachstum bei Erreichen der Umweltkapazität, Beginn der Schwankungen um die Umweltkapazität von ca. 1993 bis heute

2

Ausschnitt aus der Zellmembran einer braunen Fettzelle unter Anwesenheit von Noradrenalin:

3.1

Diagramm z. B:

Interpretation z. B.:

• Ähnlicher Verlauf bei Zufluss 1 und 2; bei Zufluss 2 Nitratgehalt generell höher → vermutlich intensivere Düngung der an dieses Gewässer angrenzenden Landflächen

• Bei Beginn der Messung jeweils relativ hoher Nitratgehalt wegen Ausbringung von Dünger am Anfang der Vegetationsperiode; maximaler Nitratgehalt jeweils im Monat Juli, z. B. wegen Eintrag durch Starkregen

• Nitratgehalt mit Minimum im Juli im Ablauf geringer als Nitrat-Eintrag durch Zuflüsse → Nitrat-Ionen werden im Ökosystem v. a. in der Wachstumsphase im Zeitraum von April bis Juli aufgenommen, z. B. in Proteinen von Pflanzen.

3.2

Beispiel eines experimentellen Designs:

Mehrere Wasserbecken werden durch Zugabe von saurer bzw. basischer Lösung auf unterschiedliche pH-Werte eingestellt, alle anderen abiotischen Faktoren, die Einfluss auf die Vermehrung der Vielwurzeligen Teichlinse nehmen können, z. B. Temperatur und Lichtverhältnisse, werden jedoch konstant gehalten. Eine kleine, definierte Ausgangspopulation der Vielwurzeligen Teichlinse, z. B. bezogen auf eine bestimmte Masse, wird in jedes der Becken eingesetzt. In festgesetzten Zeitintervallen wird in jedem Becken die Masse der Teichlinsenpopulation gemessen und die Werte werden verglichen.

4

Allgemeine Darstellung einer ökologischen Toleranzkurve z. B.:

→ Ableitung einer Temperaturkurve nicht möglich: Temperatur-Minimum nicht bestimmbar, da Sauerstoffgehalt in größerer Wassertiefe limitierenden Faktor darstellt.