VL 2: Biozönosen Flashcards
Biotop
- bestimmter Lebensraum mit gleichen Umweltbedingungen
- beherbergt lokale Populationen verschiedener Arten
Biozönose
- Lebensgemeinschaft
- Gesamtheit aller Organismen in einem Biotop
- Individuen stehen miteinander direkt oder indirekt in Wechselwirkung
- setzt sich aus einer
- Phytozönose (Pflanzengesellschaft)
- Zoozönose (Tiergemeinschaft)
- Mikroorganismengemeinschaft (Bakterien und Pilze)
Zootaxozönosen
- bei Zoozönosen Arterfassung kaum möglich
- Charakterisierung anhand ausgewählter Tiergruppen (Taxa)
- z.B. Gemeinschaft der Vögel, der Laufkäfer => Käferzönose
Synusien
- abgrenzbare Teillebensgemeinschaften
- an Kleinstandorten innerhalb des Biotops
- aus Artengruppen des gleichen Lebensformtyps
- z.B. Baumstumpf mit typischer Moosgesellschaft => Moossynusium
Funktionelle Gruppe / ökologische Gilde
- Arten mit einheitlichem Lebensform- oder Ernährungstypus
- Lebensform: Suukulenten, Helophyten (Sumpfpflanzen)
- Ernährung: Saftsauger, Blattminierer, Blütenbesucher, Räuber
Konzepte zur Biozönose
- Superorganismuskonzept (Clements & Thienemann)
- Holistisches Konzept (Clements)
- Individualistisches Konzept (Gleason)
- Darwinistisches Konzept (Harper 1967)
Superorganismuskonzept - Clements & Thienemann
- Biozönase als Organismus höherer ORdnung
- “Das Ganze ist mehr als die Summe der Einzelindividuen”
- in Gegenwart und durch gemeinsame evolutionäre Geschichte eng verbunden
- ähnlicher Selektionsdruck –> Anpassung an die gleiche abiotische Umwelt
Individuen, Populationen und Lebensgemeinschaften vergleichbar zu:
- Zelle ⇔ Individuum
- Organe ⇔ Population
- Organismus ⇔ Lebensgemeinschaft
- Vorkommen von Eigenschaften, die nur durch Zusammenwirken erklärt werden können ⇔ Superorganismus
Holistisches Konzept von Clements
- Kollektive Eigenschaften
- ähnlich bei allen Gruppen der Biozönose
- Artendiversität (Wald ⇔ Wiese), Biomasse (Regenwald ⇔ Wüste)
- emergierende Eigenschaften
- wirken nach außen durch die Organismen
- Konstanz des Energieflusses durch Selbstregulation
- Tätigkeit der Organismen prägt physikalische und chemische Verhältnisse innerhalb der Biozönose
Problem holistisches Konzept
- Lebensgemeinschaften besitzen kein zentralisiertes Genom
- sind als Ganzes nicht der Selektion unterworfen
- unterliegen keinen evolutionären Anpassungsprozess
- dies gilt nur für einzelne Arten
Kollektive Eigenschaften - Beispiel Phytozönosen
Höhere Pflanzendiversität (kollektive Eigenschaft) bewirkt:
- höhere Gesamtdiversität
- bessere Nährstoffnutzung
- höhere Nettoprimärproduktion
Individualistisches Konzept von Gleason
Kontinuum-Konzept: Jede Phytozönose spiegelt lokale floristische und standörtliche Faktoren wider und ist mit anderen Zönosen nicht in Typen zusammenzufassen
- Ähnlichkeit benachbarter Arteb ergibt sich aus ähnlichen Ansprüchen und nicht aufgrund starker Wechselwirkungen oder gemeinsamer Entwicklungsgeschichte
- Lebensgemeinschaften sind Arten, welche unter gegebenen Bedingungen existieren können
- Artgemeinschaften zufälliig
- Umweltfaktoren (Habitat) bestimmen Ähnlichkeiten
Darwinistisches Konzept (Harper 1967)
heute gültiges Konzept für Biozönose
- holistisches und individualistisches Konzept zusammengefasst
- unterliegen als Ganzen keiner Selektion und Evolution selektiver Eigenschaften
- Organismen sind füreinander Umwelt, modifizieren Umwelt
- Interaktionen zwichen Populationen –> wichtigste Selektionsfaktoren für die evolutionäre Adaptation der einzelnen biologischen Komponenten an die Lebensgemeinschaft
- keine Superorganismen
- Systeme innerhalb derer sich die Evolution der Populationen vollzieht
Zusammenfassung Konzepte der Biozönose
Superorganismustheorie
- holistischer Ansatz
- Lebensgemeinschaften als sich selbst organisierendes System
Individualistisches Konzept
- Artengemeinschaft zufällig
- Ähnlichkeiten nur aufgrund ähnlicher Ansprüche
Darwinistisches Konzept
- Biozönosen sind räumlich abgrenzbare funktionelle Einheiten
- organismische Interaktionen wichtig für Selektion und Adaptation
Energie und Kohlenstoffquellen in Biozönosen
Chemotrophe Zönosen: Tiefsee
- C-Quelle: CO2
- Chemotroph
- kaum Licht zum Meeresboden
- Niederschlag organischen Materials aus Oberflächenwasser stellt Basis der Nahrungskette
- chemolithotrophe Bakterien an Hydrothermalquellen gewinnen Energie aus oidierbaren chemischen Verbindungen
Black Smoker/Hydrothermalquellen
- entstehen an Hydrothermalquellen
- eigene Biozönose
- Metalle fallen durch große Temperaturschied aus (charakteristische Rauchfahne)
- Hydrothermalquellen liefern nur anorganische Ressourcen
- Basis der Nahrungskette stellen chemolithotrophe Bakterien und Archaeen
- chemosynthetisch aktiv
- auf schwefelwasserstoff als Energielieferanf angewiesen
- chemolithotroph
- freilebende Organismen sind alle heterotroph
Lebensgemeinschaft der Hydrothermalquellen
- Mikroorganismen und Wirbellose
- Schnecken
- Muscheln
- Röhrenwürmer
- Krebse
- Krabben
- Anemonen
- Fauna häufig mit Reduktion des Darmtrakts
- Symbiosen mit Mikroorganismen (CH4 oder Sulfide als Energiequelle)
- nur dank Symbiose mit Bakterien sind Tiere hier überlebensfähig
Symbiosen der Hydrothermalquellen
- v.a. Endosymbiosen
- Endosymbionten sind chemoautotrophe Organismen
- Wirte sind wirbellose
- höchste Diversität an Endosymbionten
- Beispiele
- Krebse - in den Kiemen
- Olavius - unter der Haut
- Rifita (Riesenröhrenwurm) - im Trophosom
- Nematode - auf der Kutikula (Episymbiose)
Walkadaver - heterotrophe Tiefseebiozönose
- chemoheterotrophe Gemeinschaft
- mikrobielle Zersetzung des Walkadavers
- Anlockung von Destruenten
- Druckwelle - Haie und Raubfische
- chemische Duftspur - Schleimaale und Krabben
- mehr org. Material als Sinkstoffe von tausenden Jahren
PhAR im Jahrenlauf eines Laubwaldes
- Sommer
- 4500 mol/Tag
- starke Strahlungsintensität
- Blätter fangen größten Teil ab
- 2% Strahlung Boden
- Frühling
- 2500 mol/Tag
- größte Werte am Boden –> 20% - 50%, Blattaustrieb noch nicht erfolgt
- Winter
- 1500 mol/Tag
- kaum Licht an Boden
- niedriger Sonnenstand
- kurze Tageszeit
Photosynthetische Aktivität in Abhängigkeit der verfügbaren Strahlung
- PSRate steigt mit steigender Lichtintenistät
- Lichtsättigungspunkt:
- maximale Photosyntheserate
- Höchstwert
- Lichtkompensationspunkt:
- CO2 Aufnahme gleicht Atmungsverlus aus
- Netto-Photosyntheserate 0
C3-Stoffwechselweg
- Lichtreaktion
- photochemische Reaktion
- Chlorophyll nimmt E auf
- Dunkelreaktion (Calvin-Benson-Zyklus)
- Einbau von CO2 in ein einfaches Zuckermolekül
- Schlüsselenzym RubisCO (Ribulose-1,5-biphosphat-Carboxylase)
CO2 + RuBP → 2 x 3-PGS → Hexose
Ökologische Anpassung an Lichtverfügbarkeit
Schattenpflanzen
- niedrige Lichtkompensationspunkte
- niedrige Lichtsättigungspunkte
- Gewinn aus CO2-Assimilation durch PS bei sehr geringen Lichteinstrahlungen
Sonnenpflanzen
- doppelt so hohe Nettoprimärproduktion
- schnelles Wachstum
- Gehalt an RubisCo niedriger
Sonnenblätter und Schatteblätter
- können innerhalb eines Individuums festgestelt werden
- Sonnenblätter
- kleiner
- schmäler
- dicer
- an höheren Temp. angepasst
- Palisadenparenchym (hohe PS aktivität)
- Schattennblätter
- Oberfläche vergrößert
- um mehr Solarstrahlung aufnehmen zu können
Wassertransport und Transpiration
C4-Stoffwechsel
- 2 Kompartimente - Mesophyllzellen und Bündelschneidenzellen
- CO2 reagiert mit Phosphoenolpyruvat (PEP zu Oxalacetat (OAA) => Malat
- Schlüsselenzym PEP-Carboxylase
- Transport Malat in Bündelschneidenzellen
- Umkehrung des Prozesses und CO2-Freisetzung
- weitere Fixierung wie im C3-Stoffwechsel
⇒ räumliche Trennung
⇒ erhöht Effizienz der Photosynthese
⇒ Transpiration reduziert (Stomata zu)
Prozentanteil der C4 Gräser in Nordamerika
Anstieg Temp von nord nach Süd begünstigt das Vorkommen von C4 Pflanzen
CAM-Pflanzen
Anpassung an Temperatur - funktionelle Gruppen
Temperatur Optima der PS-Rate spiegelt Temperatur des Biotops wider
(a) C3: Blaugras Sesleria caerulea nördlicher gemäßigter Zonen
(b) C4: Salz-Schlickgras Spartina anglica nördlicher Breiten
(c) C4: Busch Tidestromia oblongifolia aus den Wüsten Nordamerikas
innerhalb einer Art
- Verschiebung des T-Optimums in Richtung der Aufzuchttemperatur
- jahreszeitliche Schwankungen
Bestimmung Produktivität aquatischer Systeme
Hell-Dunkel-Flaschen-Methode
- Bestimmung Bruttoprimärproduktion, Respiration und Nettoprimärproduktion Phytoplankton
- Wasserproben mit Phytoplankton (Primärprooduzenten) jeweils in eine lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Flasache
- Inkubation best. Zeitraum
- helle Flasche
- O2 wird erzeugt
- O2 wird verbraucht
⇒ Zunahme O2 entspricht Nettoprimärproduktion
- dunkle Flasche
- kein Licht, keine PS
- O2 nimmt ab
⇒ O2 Different zwischen beiden Flaschen entspricht photosynthetisch prod. Sauerstoff
Faktoren der Produktivität aquatischer Systeme
- Licht
- BPP und NPP abhängig zur Wassertiefe
- Respiration bleibt konstant
- Kompensationsebene: BPP = Respiration → NPP = 0 ; bei LI unter 1%
- Nährstoffe
- N, Fe, P
- Primärproduktion abhängig c(P)
- Phosphor ist meist der limitiender Faktor
- Temperatur
- bestimmed für Stoffwechselrate in aquatischen Systemen
Faktoren der Produktivität terrestrischer Systeme
- Temperatur
- Reaktions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel (RGT):
- physiko-chemische Gesetzmäßigkeit ;
- bei 10°C höherer Temp. chem. Reaktion 2-4 x schneller
- Wasser
- PS-Rate staark von H2O-Verfügbarkeit abhängig
- Nährstoffe
- Stickstoff (N) limitierender Faktor
Primärproduktion der Landflächen der Erde
- NPP korreliert mit Temp. und Niederschlag
- höchste Prod. am Äquator
- T u N optimal
- niedrigsten Wetrte in Wüsten
