VL 2: Biozönosen Flashcards
(48 cards)
1
Q
Biotop
A
- bestimmter Lebensraum mit gleichen Umweltbedingungen
- beherbergt lokale Populationen verschiedener Arten
2
Q
Biozönose
A
- 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)
3
Q
Zootaxozönosen
A
- bei Zoozönosen Arterfassung kaum möglich
- Charakterisierung anhand ausgewählter Tiergruppen (Taxa)
- z.B. Gemeinschaft der Vögel, der Laufkäfer => Käferzönose
4
Q
Synusien
A
- abgrenzbare Teillebensgemeinschaften
- an Kleinstandorten innerhalb des Biotops
- aus Artengruppen des gleichen Lebensformtyps
- z.B. Baumstumpf mit typischer Moosgesellschaft => Moossynusium
5
Q
Funktionelle Gruppe / ökologische Gilde
A
- Arten mit einheitlichem Lebensform- oder Ernährungstypus
- Lebensform: Suukulenten, Helophyten (Sumpfpflanzen)
- Ernährung: Saftsauger, Blattminierer, Blütenbesucher, Räuber
6
Q
Konzepte zur Biozönose
A
- Superorganismuskonzept (Clements & Thienemann)
- Holistisches Konzept (Clements)
- Individualistisches Konzept (Gleason)
- Darwinistisches Konzept (Harper 1967)
7
Q
Superorganismuskonzept - Clements & Thienemann
A
- 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
8
Q
Holistisches Konzept von Clements
A
- 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
9
Q
Problem holistisches Konzept
A
- Lebensgemeinschaften besitzen kein zentralisiertes Genom
- sind als Ganzes nicht der Selektion unterworfen
- unterliegen keinen evolutionären Anpassungsprozess
- dies gilt nur für einzelne Arten
10
Q
Kollektive Eigenschaften - Beispiel Phytozönosen
A
Höhere Pflanzendiversität (kollektive Eigenschaft) bewirkt:
- höhere Gesamtdiversität
- bessere Nährstoffnutzung
- höhere Nettoprimärproduktion
11
Q
Individualistisches Konzept von Gleason
A
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
12
Q
Darwinistisches Konzept (Harper 1967)
heute gültiges Konzept für Biozönose
A
- 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
13
Q
Zusammenfassung Konzepte der Biozönose
A
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
14
Q
Energie und Kohlenstoffquellen in Biozönosen
A
15
Q
Chemotrophe Zönosen: Tiefsee
A
- 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
16
Q
Black Smoker/Hydrothermalquellen
A
- 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
17
Q
Lebensgemeinschaft der Hydrothermalquellen
A
- 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
18
Q
Symbiosen der Hydrothermalquellen
A
- 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)
19
Q
Walkadaver - heterotrophe Tiefseebiozönose
A
- 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
20
Q
Knochen als langlebige Ressource
A
Chemoautotrophe Gemeinschaft
- Kohlenwasserstoffe (Fette) aus Knochen > Sulfatreduktion, Methanproduktion
- Schleimblume, Polychaet: Osedax (knochenfressend) kann Knochen abbauen
21
Q
Phytozönosen: Lichtverteilung und Nutzung
A
- Sonnenlicht als Energie
- CO2 aus Atmosphäre als C-Quelle
*
22
Q
Absorption und Refelktion der Solarstrahlung
A
- unterschiedliche Abschwächung der Globalstrahlung je nach Pflanzenzönose
- Mischwald
- Reflektion 10% Strahlung an Oberfläche der Baumkronenschicht
- Baumkronenschicht absorbiert am meisten Licht
- 9% an Kraut- und Strauchschicht
- 2% am Boden
- Wiese
- 20% Strahlung reflektiret
- mittlere und untere Schicht (Phytomasse dichter) Großteil der Strahlung
- 5% photosynthetisch nutzbare Strahlung Bodenoberfläche
- Mischwald
- PhAR - photosynthetically active radiation
23
Q
PhAR im Jahrenlauf eines Laubwaldes
A
- 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
24
Q
Photosynthetische Aktivität in Abhängigkeit der verfügbaren Strahlung
A
- PSRate steigt mit steigender Lichtintenistät
- Lichtsättigungspunkt:
- maximale Photosyntheserate
- Höchstwert
- Lichtkompensationspunkt:
- CO2 Aufnahme gleicht Atmungsverlus aus
- Netto-Photosyntheserate 0
25
C3-Stoffwechselweg
1. Lichtreaktion
* photochemische Reaktion
* Chlorophyll nimmt E auf
2. 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
26
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
27
Sonnenpflanzen
* Bau und Stoffwechsel angepasst an starke Sonnenstrahlung
* Schutz vor übermäßiger UV-Strahlung und Wasserverlust
* Blätter derb, klein mit Haaren oder Wachs
* besserer Gasaustausch
* mehr Spaltöffnungen
* Beispiele
* Heidekraut
* Silberdistel
* Thymian
28
Schattenpflanzen
* benötigen nur Teilmenge Licht für pos. Nettoprimärproduktion
* feuchtigkeitsliebend
* besitzen große, dünne Blätter
* Beispiele
* Sauerklee
* Springkraut
* kommen mit 1% Sonnenlicht aus
29
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
30
Wassertransport und Transpiration
31
NettoPSRate und Wasserpotential
* NettoPSRate abhängig von Lichtverhältnissen und Wasserpotential
* Transpiration muss reduziert werden je geriner Wassergehalt des Bodens ist
* CO2 und Wasser-Sparstrategien
* Anpassung an Photosynthese (C4 und CAM Pflanzen)
32
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)
33
Nettophotosyntheserate - Tagesgang
* Mais C4 Pflanze
* höchste Photosyntheserate bei höchster Strahlung ⇒ Mittagszeit
* kann bei geschlossenen Stomata CO2 aus in den Bündelscheidenzellen gelagerten Malat generieren
* Buche C3 Pflanze
* Sonnenblätter:
* Max. NPSR Vormittag und Nachmittag
* Rückgang Mittagszeit
* Mittags stomata schließen
* CO2 Gaswechsel und PS kommen zum Erliegen
* Schattenblätter
* keine Abnahme PSR
34
Prozentanteil der C4 Gräser in Nordamerika
Anstieg Temp von nord nach Süd begünstigt das Vorkommen von C4 Pflanzen
35
CAM Stoffwechselweg
* Crassulaceen--Säurestoffwechsel
* ähnlich C4 Stoffwechsel: erster Schritt ist Malat aus PEP und CO2
* CO2 Fixierung nachts - Stomata auf
* Malat im Mesophyll (Vakuolen) gebunden
* CO2 tagsüber für die weiteren Reaktionen der Photosynthese verwendet - Stomata zu
⇒ zeitliche Trennung (Tag/Nacht)
⇒ Anpassung an Wüsten-Standorte
* langsam und ineffizient
* geringer Wasserverlust tagsüber
36
CAM-Pflanzen
37
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
38
Zusammenfassung Anpassungen
1. funktionelle Gruppen: C3, C4, CAM
* unterschiedliche Wege der CO2 Fixierung und Speicherung
* räumliche Trennung bei C4
* zeitliche Trennung bei CAM
2. Art: Sonnen- und Schattenpflanzen
* Blattgröße, UV Schutz, Zahl Spaltöffnungen
* Lichtkompensationspunkt, Lichtsättigungspunkt
3. Individuen
* Sonnen- und Schattenblätter
* phänotypische Plastizität
39
Energiehaushalt in Ökosystemen
* sasg
40
Produktivität von Ökosystemen
Primärproduktion
* Prozess bei dem durch PS organische Verbindungen und damit Biomasse aufgebaut wird
* in Energieeinheiten pro Flächeneinheit und Zeiteinheit
Bruttoprimärproduktion (BPP)
* gesamte organische Substanz, die im Laufe eines Zeitraums (i.d.R. eines Jahres) durch photoautotrophe Pflanzen in einem Ökosystem gebunden wird
Nettoprimärproduktion (NPP)
* Primärproduzenten (Photoautotrophe) verbruachen Energie über die Atmung (Respiration = R)
41
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_
42
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
43
Primärproduktion der Weltmeere
* Küsten, Flachmeere
* gute Versorgung mit Licht
* geringe Wassertiefe
* ausreichende Nährstoffe aus Sediment nach oben
* Gezeiten bringen Nährstoffe
* Eintrag aus Zuflüssen der Süßgewässer
* offene Ozeane
* geringste Produktion
* Nährstoffwüste
* nur bei nährstoffhaltigen Strömungn (Humboldt-Strom vor Südamerika)
44
Bestimmung Produktivirät terrestrischer Systeme
Puls-modulierte Chlorophyll-Fluoreszenz-messung
* nicht invasive Methode
* Assendung Strahlungspulse
* Messung Re-Emissionen der Absorbierten Strahlung
* Berechnung Elektronentransferrate
* Ableitung Produktion von Zuckern
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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
46
Primärproduktion der Landflächen der Erde
* NPP korreliert mit Temp. und Niederschlag
* höchste Prod. am Äquator
* T u N optimal
* niedrigsten Wetrte in Wüsten
47
Bestandsbiomasse und NPP in Ökosystemen
* Bestandsbiomasse = _gesamte Biomasse_ v. Populationen, funktionellen Gruppen oder ganzen Ökosystemen zu einem _bestimmten Zeitpunkt_
* terr. Ökosysteme mit größerer NPP idR mehr Biomasse
* aq. ÖS mit gleicher NPP geringere Biomasse
* hoher Umsatz mariner ÖS
* Zooplankton frisst produzierende Phytoplankton effektiv weg
* kommt daher kaum zur Bildung nennenswerter Bestandsbiomasse
48
Globale NPP Juni und Dezember
* Messung NPP durch AVHRR
* tägliche Scannung Erde Auflösung 1 km
* grüne Pflanzen besitzen Reflektionmuster
* Juni
* Nordhalbkugel höchste NPP
* sowohl Meer als auch Land
* Dezember
* Südhalbkugel
