Räuber-Beute-Beziehung und Nahrungsnetze

Ökologie: Räuber-Beute-Beziehung

• Die Räuber-Beute-Beziehung beschreibt das zyklische Wechselspiel zwischen Räubern und ihrer Beute.
• Mehr Beute führt zu mehr Nahrung für Räuber, was ihre Population wachsen lässt.
• Mehr Räuber bedeuten intensivere Jagd, was die Beutepopulation schrumpfen lässt.
• Weniger Beute bedeutet weniger Nahrung für Räuber, was ihre Population sinken lässt.
• Die Beutepopulation erholt sich.
• Die Schwankungen folgen den Lotka-Volterra-Regeln: periodische Schwankungen, konstante Mittelwerte über längere Zeit, schnellere Erholung der Beute nach Störung.

Ökologie: Nahrungsnetz und Energiefluss

• Eine Nahrungskette ist eine lineare Abfolge von Organismen, die zeigt, wer wen frisst.
• Ein Nahrungsnetz ist ein komplexes Geflecht aus mehreren Nahrungsketten, das zeigt, dass ein Organismus oft verschiedene Beute hat und selbst von mehreren Räubern gefressen werden kann.
• Die trophische Ebene bezeichnet die einzelnen Stufen einer Nahrungskette.
  • Produzenten (Pflanzen, Algen) erzeugen Energie durch Photosynthese.
  • Primärkonsumenten sind Pflanzenfresser.
  • Sekundärkonsumenten sind Fleischfresser, die Pflanzenfresser fressen.
  • Tertiärkonsumenten sind höhere Räuber, die Fleischfresser fressen.
  • Endkonsumenten sind Top-Prädatoren ohne natürliche Feinde.
• Die Biomassepyramide zeigt die Gesamtmasse lebender Organismen auf jeder trophischen Ebene, wobei die Biomasse meist von unten (Pflanzen) nach oben (Räuber) abnimmt.
• Der Energiefluss beschreibt die Weitergabe von Energie in einem Ökosystem, wobei nur etwa 10 % der Energie von einer trophischen Ebene zur nächsten weitergegeben wird und der Rest als Wärme verloren geht.

Züchtung: Zuchtziele

• Nutzviehhaltung zielt auf höhere Milchleistung (Kühe), mehr Fleisch (Schweine) und bessere Eierproduktion (Hühner) ab.
• Haustiere sollen gesund sein und bestimmte Fellfarben/Charaktereigenschaften aufweisen.
• Pflanzenzüchtung zielt auf Ertragssteigerung, Schädlingsresistenz und längere Haltbarkeit ab.
• Sport-/Arbeitstiere sollen schnellere Rennpferde und kräftige Arbeitspferde sein.

Züchtung: Zuchtmethoden

• Auslesezucht ist die Auswahl der besten Individuen mit gewünschten Eigenschaften zur Weiterzucht.
• Kreuzungszucht ist die Kreuzung von zwei verschiedenen Rassen oder Sorten, um bessere Eigenschaften zu kombinieren.
• Hybridzucht ist die Kreuzung genetisch unterschiedlicher Eltern für leistungsstarke Nachkommen mit Hybridvorteil.
• Mutationszucht ist die künstliche Erzeugung von Mutationen, um neue Eigenschaften zu erhalten.

Zuchtmethoden im Detail

• Tierzucht erfolgt durch gezielte Paarung zur Verbesserung von Eigenschaften wie Milchleistung oder Widerstandsfähigkeit. Moderne Methode ist das Klonen (Erzeugung genetisch identischer Tiere durch Zellkerntransfer).
• Embryotransfer beinhaltet die Entnahme befruchteter Embryonen hochwertiger Muttertiere und Einpflanzung in andere Mütter.
• In-vitro-Fertilisation (IVF) ist die Befruchtung der Eizelle außerhalb des Körpers im Labor, dann Einsetzen in eine Leihmutter.
• Die Auslesezucht ist eine natürliche, bewährte Methode mit gezielter Selektion.
• Die Kreuzungszucht kombiniert vorteilhafte Merkmale zweier Rassen/Sorten und erzeugt robustere, leistungsfähigere Nachkommen.
• Hybridzucht bietet hohe Erträge bei Nutztieren und Pflanzen, höhere Leistung, Widerstandsfähigkeit, Heterosis-Effekt.
• Mutationszucht erzeugt neue Eigenschaften führt aber zu zufälligen, teuren und riskanten Ergebnissen (unvorhersehbare Mutationen).

Klonen und Embryotransfer

• Das Klonen reproduziert identische Tiere mit optimalen Eigenschaften, erzeugt einheitliche Qualität und Erhaltung wertvoller Gene. Allerdings sind die Kosten hoch, es gibt ethische Bedenken und gesundheitliche Probleme.
• Der Embryotransfer beschleunigt die Vermehrung hochwertiger Tiere, Züchtung von Hochleistungstieren, genetische Optimierung. Ermöglicht höhere Reproduktionsrate, gezielte Genkombinationen, mehr Nachkommen von Elite-Tieren. Die Anwendung ist aufwendig, teuer, nur für wertvolle Tiere lohnenswert.

Tier- vs. Pflanzenzucht

• Ziel der Tierzucht ist höhere Leistung, Gesundheit, Widerstandsfähigkeit.
• Ziel der Pflanzenzucht ist höherer Ertrag, Krankheitsresistenz, bessere Qualität..
• Die Fortpflanzung ist bei Tieren langsam mit wenigen Nachkommen pro Tier und schwierig zu steuern (komplexe Vererbung).
• Klonen & Gentechnik sind in der Tierzucht oft umstritten.
• Bei Pflanzen ist die Fortpflanzung schnell mit vielen Nachkommen und leichter kontrollierbar.
• Methoden sind Auslesezucht, Kreuzung, Hybridzucht, Mutationszucht, Gentechnik.
• Ethische Bedenken sind weniger vorhanden, außer bei Gentechnik (Pflanzen).

Gentechnik: Anwendungsfelder

• Herstellung von Antibiotika und Insulin durch genetisch veränderte Bakterien.
• Joghurt- und Käseindustrie, Fermentation
• Abwasserreinigung, Ölabbau bei Umweltverschmutzung
• Stickstofffixierende Bakterien verbessern die Bodenfruchtbarkeit.
• Herstellung von Impfstoffen, Enzymen und genetisch modifizierten Organismen (GMO)

Klassische vs. moderne Gentechnik

• Klassische Gentechnik überträgt Gene zwischen Organismen.
• Moderne Gentechnik verändert das Erbgut gezielt ohne fremde Geneeinzubringen.
• Methoden der klassischen Gentechnik sind Gentransfer mit Bakterien/Viren und DNA-Rekombination.
• Die moderne Gentechnik nutzt CRISPR-Cas und Genom-Editierung.
• Die Präzision der klassischen Gentechnik ist weniger genau mit zufälligen Einflüssen.
• Die moderne Gentechnik ist sehr präzise mit gezielten Veränderungen.
• Die Zeitdauer bis zur Veränderung ist bei der klassischen Gentechnik länger, da mehrere Zuchtgenerationen nötig sind. Die moderne Gentechnik ist durch direkte Veränderung des Erbguts schneller.
• Die Akzeptanz ist bei klassischer Gentechnik umsivition wegen Eingriff in die Natur. Die moderne Gentechnik ist teilweise akseptlerter, da kan Fremdgeneinbau nötig ist.

Gentechnik und Biotechnologie

• Biotechnologie ist der übergeordnete Bereich und umfasst alle Verfahren mit lebenden Systemen für technische Anwendungen in Medizin, Landwirtschaft, Umwelt und Industrie (z.B. Joghurtherstellung).
• Gentechnik ist ein Teilbereich der Biotechnologie, der gezielt das Erbgut verändert zur Herstellung neuer Eigenschaften (z.B. Insulinproduktion durch gentechnisch veränderte Bakterien).

Grundlagen der Genom-Editierung

• Restriktionsenzyme sind "molekulare Scheren", die DNA an spezifischen Sequenzen schneiden.
• Klonierung eines DNA-Stücks, das in einem Vektor in Bakterien eingeschleust wird, die Kopien der DNA produzieren.
• Vektoren (z.B. Plasmide, Viren) werden in Zellen eingeschleust.
• Diese Zellen vermehren sich und produzieren Kopien der DNA.
• Die Anwendung liegt in Herstellung von Insulin und Erforschung von Genfunktionen.

Herstellung einer genomischen Bibliothek

• Das gesamte Genom eines Organismus wird in kleine DNA-Fragmente zerkleinert.
• Diese Fragmente werden in Vektoren eingefügt und in Bakterien gespeichert.
• Nur Zellen mit erfolgreich eingebauter DNA überleben Selektion (z.B. durch Antibiotikaresistenzmarker).
• Die Bibliothek enthält alle Gene eines Organismus und dient der Forschung, z.B. Identifizierung neuer Gene.

PCR & Gelelektrophorese

• PCR (Polymerase-Kettenreaktion) ist eine Methode zur Vervielfältigung von DNA in kurzer Zeit
• Die Denaturierung erhitzt die DNA, um die Stränge zu trennen
• Das Annealing lässt Primer an die DNA binden
• Die Elongation lässt die DNA-Polymerase die DNA verdoppeln
• Die Gelelektrophorese trennt DNA-Fragmente nach Größe durch ein elektrisches Feld in einem Gel, wobei kleinere Fragmente schneller wandern.
• Die PCR wird zur DNA-Analyse, Identifikation von Mutationen und Vaterschaftstests verwendet.
• Die Gelelektrophorese wird in Forensik, Diagnostik und Erbgutanalyse verwendet.