Vorlesung 2 Biozönose Flashcards
(120 cards)
1
Q
Welche typischen Energie- und Kohlenstoffquellen besitzen Biozönosen
A
Energiequelle
- phototrophe Organismen (Licht)
- chemotrophe Organismen (chemische Verbindungen)
Kohlenstoffquelle
- auto/lithotrophe Organsimen (anorganische Verbindungen verwenden)
- hetero/organothrophen Organsimen (organische Verbindungen)
2
Q
Zu was dienen Energiequellen?
A
Grundlage des Stoffumsatzes
3
Q
Was für Energiequellen gibt es?
A
phototrophe Organismen
- verwenden Lichtenergie las Energiequelle
chotrophe Organismen
- verwenden oxidative chemische Verbindungen zu Energieumwandlung
4
Q
Was gibt es für Kohlenstoffquellen?
A
auto/lithotrophe Organismen
- verwenden anorganische Verbondungen (oft CO2)
hetero/organothrophen Organsimen
- verwendet organische Verbindungen: Proteine, Fette, Kohlenhydrate als Kohlenstoffquelle
5
Q
Funktion Kohlenstoffquellen
A
Aufbau von Biomasse
6
Q
Def.: Photoautotroph/ Photolithotroph und nenne ein Beispiel einer photoautotrophen Baumart
A
Licht als Energiequelle und CO2 als C-Quelle
Beispiel: Aloe dichotoma
7
Q
Was zeichnet den sukkulenten Lebensformtyp aus?
A
- Wasserspeichergewebe
- reduzierte Blätter
8
Q
Wovon hängt die Verteilung der Lichenergie ab?
A
Absorptions- und Reflexionseigenschaften der Pflanze
9
Q
Was ist PhAR und welche Rolle spielt sie bei Pflanzen?
A
PhAR steht für photosynthetically active radiation und bezeichnet den Teil der Sonnenstrahlung, der von Pflanzen für die Photosynthese genutzt werden kann.
10
Q
Wie verteilt sich PhAR im Mischwald vertikal?
A
- 10 % der Strahlung werden an der Oberfläche des Kronendachs reflektiert
- 79 % werden im Kronenraum absorbiert
- 9 % erreichen die Strauch- und Krautschicht
- Nur 2 % gelangen bis zum Boden
Vorlesung 2 Folie 19
11
Q
Wie verteilt sich PhAR auf einer Wiese?
A
- 20 % der Strahlung werden an der Vegetationsoberfläche reflektiert
- 36 % werden im oberen Pflanzenbestand absorbiert
- 34 % in den mittleren Schichten
- 5 % erreichen den Boden
Vorlesung 2 Folie 19
12
Q
Wie beeinflusst die Vegetation die Verteilung der Solarstrahlung?
A
Die Struktur der Vegetation bestimmt, wie stark und in welcher Tiefe die einfallende Sonnenstrahlung abgeschwächt wird. Unterschiedliche Pflanzenzönosen (z. B. Wälder, Wiesen) führen zu einer unterschiedlichen vertikalen Verteilung der Solarstrahlung. Dichte Kronenschichten im Wald absorbieren z. B. mehr Licht als flache Vegetationsschichten auf einer Wiese.
Vorlesung 2 Folie 19
13
Q
Wie hoch ist die PhAR im Sommer im Laubwald, und wie viel davon erreicht den Boden?
A
Im Sommer liegt die PhAR bei ca. 4500 mol/Tag. Die Baumkronen absorbieren den größtenteil der Strahlung. Nur 2% erreichen die Bodenoberfläche
Vorlesung 2 Folie 20
14
Q
Welche Besonderheit zeigt der Frühling in Bezug auf PhAR im Laubwald?
A
Im Frühling ist eine PhAR von 2500 mol/Tag zu messen. Da der Laubaustrieb noch nicht erfolgt ist, erreichen ca. 20 -50% der Strahlung den Boden. Durch die hohe Menge an PhAR können besonders Geophyten gut wachsen.
Geophyten: Pflanzen mit Überdauerungsorganen im Boden Knollen, Rhizosome
Vorlesung 2 Folie 20
15
Q
Warum ist trotz fehlender Blätter im Winter die PhAR am Boden geringer als im Frühling?
A
Im Winter liegt die PhAR bei 1500 mol/Tag. Der geringe Sonnenstand und die verkürzte Tageszeit sorgen für den geringen PhAR-Betrag im Winnter am Boden
Vorlesung 2 Folie 20
16
Q
Was ist der Lichtsättigungspunkt?
A
- PhAR-Wert bei dem die höchste Photosyntheserate erreicht wird
- Zunahme der Lichtintensität nach dem Lichtsättigungspunkt erhöht die Photosynthese nicht
Vorlesung 2 Folie 21
17
Q
Wie beeinflusst PhAR die Photosyntheseaktivität von Pflanzen?
A
- mit zunehmender PhAR steigt die Photosyntheserate an
- diese steigt bis zum Lichtsättigungspunkt an –> danach keine weitere Steigung durch PhAR möglich
Vorlesung 2 Folie 21
18
Q
Was ist der Lichtkompensationspunkt?
A
Der Lichtkompensationspunkt ist der PhAR-Wert, bei dem CO₂-Aufnahme durch Photosynthese und CO₂-Abgabe durch Atmung gleich hoch sind. Die Nettophotosynthese ist dort null.
Vorlesung 2 Folie 21
19
Q
Was passiert bei PhAR unterhalb des Lichtkompensationspunkts?
A
Die Atmung überwiegt und es kommt zu einem Netto-CO₂-Verlust vom Blatt an die Atmosphäre.
Vorlesung 2 Folie 21
20
Q
Was ist der C3-Stoffwechselweg und wo findet er statt?
A
- Der C3-Stoffwechselweg ist der klassische Photosyntheseweg bei vielen Pflanzen, basierend auf dem Calvin-Benson-Zyklus.
- Einbau des CO2 in Zucker in den Chloroplasten der Mesophyllzellen
21
Q
Was passiert in der Lichtreaktion der C3-Photosynthese?
A
- Chlorophyll nimmt Lichtenergie auf und wandelt sie chemisch um
- es entsteht NADPH und ATP beide wichtig für die Dunkelreaktion
22
Q
Was passiert in der Duneklreaktion (Calvin-benson-Zyklus) der C3-Photosynthese?
A
CO2 wird mit Hilfe von RubisCO in die Pentose Ribulose-1,5-biphosphat eingebaut. Es entstehen zwei Moleküle 3-PGS, die zu Triose-3-phosphat reduziert und später zu Hexosen umgeandelt wird.
23
Q
Welches Enzym ist entscheidend für die CO2-Fixierung bei C3-Pflanzen?
A
RubisCO, es katalysiert den Einbau von CO2 in RuBP
24
Q
Was ist das Endprodukt des C3-Zyklus und wofür wird es verwendet?
A
Aus zwei Triose-Phosphaten entsteht ein C6-Zucker (Hexose), z. B. Glukose. Diese dient als Energiespeicher oder Baustoff (z. B. für Zellulose).
25
Def: Photoautotrophe
- Organismen bezihen Energie aus Sonnenlicht und bauen Zellsubastanz aus CO2 auf
- Bsp: grünen Pflanzen, ALgen, einige wenige Bakterien
26
Mikroorganismen Stoffwechselweg: Chemotrophie: welche gibts
Chemoorganothrophe
- verwenden organische (Zucker) Verbindungen als Elektronendonator
Chemolithotrophe
- verwenden anorganische Verbindungen (Schwefel) als Elektronendonator
27
Was sind phototrophe Mikroorganismen
organotroph
- bauen mittels Lichtenergie Zellsubstanz aus organischen Kohlenstoffquellen auf
28
wo sind photoautotrophe Organismen dominant?
- in marinen Biozönosen sowohl um Pelgial (Plankton) als auch an Kpsten (Makroalgen)
29
Biozönose des Benthos
- es dringt kaum/ kein Licht zum Meeresboden
- i.d.R heterotrophe Organismengemeinschaft
- Niederschlag organischen MAterials aus Oberflächenwasser stellt Basis Nahrungskette dar
-> viele Organismen sind daher chemoheterotroph
30
Wer bildet eine Ausnahme im Benthos?
- Mikroorganismen an Hydrothermalquellen der Toefsee
- sind chemolithotroph-> geinnen Energie aus oxidierebaren chemischen Verfahren
31
Wie enstehen Black Smoker
- entstehen an den Hydrothermalquellen der Tiefsee, wo Wasser reich an
Sulfiden und Salzen von Eisen, Mangan, Kupfer und Zink austritt
- austretende Thermalwasser kann bis zu 400°C betragen, und trifft dabei auf das 2°C kalte Wasser des Meeresgrundes
- Durch Abkühlung fallen Mineralien aus -> erzeugen charakteristische
Rauchfahne
-> es kommt zu Sedimentation schwarzer, feinkörniger Mineralien,
welche mit der Zeit meterhohe Schornsteine oder Kegel erzeugen
- Diese hydrothermalen Tiefseequellen bilden eigene Biozönose, deren Lebewesen nur anorganischen Ressourcen zur Verfügung stehen
- gesamte Energie und Nährstoffe werden aus dem gewonnen, was Hydrothermalquelle liefert
- Basis der Nahrungskette bilden chemosynthetisch aktive Bakterien und Archaeen, die in der heißen, lichtlosen Umgebung auf Schwefelwasserstoff als Energielieferant angewiesen sind.
- sind chemolithotroph, verwenden also H2 S als Elektronendonator und wandeln Kohlenstoffdioxid in organische Verbindungen um.
| vielleicht nochmal aufteilen sodass 2 Fragen sind
32
Black Smoker- Schwarzer Raucher
Hydrothermalquellen liefern nur anorganische Ressourcen
- Basis der Nahrungskette stellen chemolithothrophe Bakterien und Achaea
33
aus was setzt sich die Lebensgemeinschaft der Hydrothermalquellen zusammen
- Mikroorganismen und Wirbellosen
- In großer Zahl treten Schnecken, Muscheln und Röhrenwürmer auf,
aber auch Krebse, Krabben und Anemonen
34
Wie können die Tiere in Hydrothermalquellen überleben?
- viele Arten besitzen einen reduzierten Darmtrakt
- mikrobiologische
Untersuchungen zeigen im Inneren des Darmes siedelnde Mikroorganismen
-> die das von den Hydrothermalquellen kommende Methan oder Sulfid energetisch nutzen können und damit den jeweiligen Wirt versorgen
- Symbiose mit Bakterien können Tiere überleben
35
Lebensgemeinschaft der Hydrothermalquellen
- Mikroorganismen und Wirbellose
- Fauna häufig mit Reduktion des Darmtraktes
- Symbiosen mit Mikrorganismen (CH4 oder Sulfide als Energiequelle)
36
welche Symbiosen kommen vorallem an den Hydrothermalquellen vor?
Endosymbiosen
- - Hydrothermalquellen verzeichnen bisher höchste
beschriebene Diversität an Endosymbiosen in einer Biozönose!
37
Def: Endosymbionten
- sind chemoautotrophe Mikroorganismen, während Wirte zu den wirbellosen Tiere gehören
38
Wo findet man die Symbionten bei den Krebsen der Hydrothermalquellen
- Kiemen
39
Wo findet man die Symbionten bei den Oligochaeten wie Olavius ohne Mund, Darm oder Nephridium (Exkretionsorgan)
- unter der Haut
40
Riesenröhrenwurm Rifita
- wo Symbionten
- gehört zu den Pogonophoren
und lebt in Kolonien an Black Smokern
- Rifita kann bis zu 3 m lang werden und besitzt rot
gefärbte Tentakelkronen
- Wurm hat weder Mund noch Darm, stattdessen befinden sich
chemoautotrophe Bakterien im Trophosom, welche ihn versorgen
41
Wo befinden sich die Symbionten von Nematoden (Fadenwürmern)
- schwefeloxidierende Bakterien auf Kutikula
- > Beispiel für Episymbiose
42
Walkadaver – eine heterotrophe Tiefseebiozönose
Chemoheterothrophe Gemeinschaft- mikrobielle Zersetzung des Walkadavers (org. C)
Anlockung Räuber/Asfresser
- Druckwelle- haie ud Raubfische
- chemische Duftspur- Schleimaal und Krabben
43
Walkadaver – eine heterotrophe Tiefseebiozönose (Zusatzwissen)
- ausfürhlichere Erklärung
- Sinkt ein verendetes Tier auf Grund der Tiefsee
-> stellt dies einen gewaltigen und lang anhaltenden Nährstoffeintrag dar
- Ein einziger solcher „**whale fall**“ stellt mehr organisches Material zur Verfügung als die Sinkstoffe von tausenden Jahren
-> stellt somit für manche Arten die Nahrungsgrundlage über Jahrzehnte
- Um Überreste von Walen bilden sich mitunter ganze Lebensgemeinschaften aus
- mikrobielle Zersetzung organischen Substanz (Detritus) bildet: chemoheterotrophe
Gemeinschaft heraus.
- Durch Aufprall des tonnenschweren Tieres erzeugte ausbreitende Druckwelle
-> Anlockung vieler Tiere wie Haie und Raubfische
-> Anlockung weiterer Lebewesen (Schleimaale und Krabben) durch Duftspur der Verweseung
- Skellettierung des Kadavers durch Fische und Krebse innerhalb von einigen Monaten
44
wie lange dauert die Zersetzung von Fleisch und Fett über die heterothrophe Gemeinschaft mind.
- min. 1 Jahr
45
Wie können Knochen als langlebige Ressourcen genutzt werden?
- vorhandene Öl im Walknochen wird in umgebenden Meeresboden
eingetragen und reichert auf Jahrzehnte Umgebung mit Kohlenwasserstoffen an
- In Nähe des Walkadavers: erhöhter Sulfatreduktion sowie Produktion von Methan
- Entstehung Sulfid
-> steht als Energiequelle zur Verfügung und führt zur Entwicklung
chemoautotropher Lebensgemeinschaft
- zeigt sich durch orangefarbenen Bakterienrasen auf den Knochen
46
Erkläre die Endosymbiose des Knochenfressers Osedax
- Polychat
- ernährt sich von den Knochen toter Wale
- besitzt keinen Magen und keine Mundöffnung
-> verdaut Walfett und -öl mit Hilfe
spezieller Bakterien
- Atmung erfolgt
über farbenprächtige federartige Kiemen
- Nahrungsaufnahme über Fuß
47
Wodurch zeichnen sich Schattenpflanzen aus
- niedrigere Lichtkompensationspunkte
- niedrigere Lichtsättigungspunkte
- bei sehr geringer Lichteinstrahlung einen Gewinn aus der CO2-Assimilation durch Photosynsthese
- maximale Photosyntheserate bereits bei geringer Lichtintensität
48
Wodurch zeichnen sich Schattenpflanzen aus
- höhere Lichtkompensationspunkte
- höhere Lichtsättigungspunkte
- doppelt so hohe Nettoprimärproduktion als Schattenpflanzen
- schnelleres Wachstum
- RubisCo Gehalt niedriger als bei Schattenpflanzen --> an schattigen Orten nicht genug Lichtenergie zur CO2-Fixierung
49
Wie sind die Blätter der Sonnepflanzen aufgebaut und warum? Nenne 2 Beispiele für Sonnenpflanzen
-Sonnenpflanzen sind auf den Stoandort mit hoher Sonneneinstrahlung angepasst
- Die Bläter sind klein und derb
- sie sind mit Wachs oder Haaren überzogen
- besitzen mehr Spaltöffnungen um besseren Gasaustausch zu gewährleisten
- Beispiele: Heidekraut, Silberdistel, Thymian
50
Wie sind die Blätter der Schattenpflanzen aufgebaut und warum? Nenne 2 Beispiele für Schattenpflanzen
- Schattenpflanzen sind feuchtigkeitsliebend
- Die Blätter sind groß und dünn
- weniger Spaltöffnungen da weniger Gasaustausch stattfindet
- Beispiele: Sauerklee, Springkraut (kommen mit nur weniger als 1% Licht aus)
51
Was sind physiologische Unterschiede zwischen Sonnen- und Schattenblättern bei der Rotbuche?
**Sonnenblätter:**
* Höheren Lichtsättigungspunkt
* Höheren Lichtkompensationspunkt
* Höhere maximale Photosyntheserate
**Schattenblätter:**
* Niedrigere Kompensations- und Sättigungspunkte
* Sind effizienter bei geringer Lichtintensität
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 25
52
Welche morphologischen Unterschiede zeigen Sonnen- und Schattenblätter?
**Sonnenblätter:**
* kleiner, schmaler und dicker
* mehrschichtiges Palisadenparenchym für bessere Lichtnutzung
**Schattenblätter:**
* groß und dünn
* weniger ausgeprägtes Palisadenparenchym
* größere Oberfläche für bessere Lichtnutzung
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 25
53
Wie zeigt sich die Anpassung an Lichtbedingungen bei der Rotbuche?
Die Rotbuche bildet Sonnenblätter in den äußeren Kronenbereichen und Schattenblätter im inneren, dunkleren Kronenbereich.
Diese Anpassung findet auf Individuenbasis statt.
54
Was ist der Unterschied zwischen Artbasis und Individuenbasis bei Lichtanpassungen?
**Artbasis:** Unterscheidung zwischen Sonnen- und Schattenarten (z. B. verschiedene Pflanzenarten)
**Individuenbasis:** Anpassung innerhalb eines einzelnen Baumes durch Bildung unterschiedlicher Blatttypen (Sonnen- und Schattenblätter)
55
Warum ist Wassertransport für Pflanzen in trockenen Standorten besonders kritisch?
Durch Öffnen der Spaltöffnungen verlieren sie Wasser. Um Stoffwechselprozesse aufrechterhalten zu können und Wasserstress zu vermeiden, müssen Pflanzen ausreichend Wasser zur Verfügung haben.
56
Was versteht man unter dem Wasserpotential (ψ) bei Pflanzen?
Das Wasserpotential (ψ, in Megapascal) beschreibt die Arbeit pro Masseneinheit Wasser, die nötig ist, um Wasser zu bewegen. Wasser fließt immer von einem höheren zu einem niedrigeren Wasserpotential.
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 26
57
Welche Voraussetzung muss erfüllt sein, damit Wasser in die Wurzel aufgenommen wird?
Das Wasserpotential der Wurzel muss niedriger sein als das des Bodens
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 26
58
Was ist notwendig, damit Wasser von der Wurzel bis zur Blattspitze transportiert wird?
Entlang der gesamten Pflanze muss ein kontinuierliches Wasserpotentialgefälle bestehen:
ψ Boden > ψ Wurzel > ψ Blatt > ψ Atmosphäre
(immer kleiner werdendes Wasserpotential)
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 26
59
Was ist Transpiration und wovon hängt sie ab?
Transpiration ist der Wasserverlust über die Stomata. Sie kann nur stattfinden, wenn das Wasserpotential der Atmosphäre niedriger ist als das der Blätter.
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 26
60
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 27
61
Wovon hängt die Nettophotosyntheserate ab?
Die Nettophotosyntheserate hängt von zwei zentralen Faktoren ab:
**Lichtverfügbarkeit (PhAR):** Je mehr Licht zur Verfügung steht (bis Lichtsättigungspunkt), desto höher die Photosyntheserate
**Wasserpotential (ψBlatt): ** ausreichend hohes Wasserpotential ist wichitg, damit Stomata offen bleiben und CO₂ aufgenommen werden kann. Sinkt das Wasserpotential, z. B. durch Trockenheit, reduziert die Pflanze die Transpiration, um Wasser zu sparen – was zu einer Abnahme der CO₂-Aufnahme führt. Dadurch sinkt auch die Nettophotosyntheserate.
-->Je trockener der Boden, desto geringer das Wasserpotential der Pflanze – und desto stärker wird die Photosyntheseleistung eingeschränkt. Die Nettophotosyntheserate hängt Wasserpotential der Blätter und der Lichtintensität (PhAR) ab
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 21 und Folie 27
62
Was passiert bei starkem Absinken des Wasserpotentials in der Pflanze?
- bei zunehmender Trockenheit wird das Wasserpotential in den Blättern negativ
- Reaktion auf abnehmendes Wasserpotential ist Reduktion der Transpiration um Wasserverlust zu minimieren
- ab kritischen Punkt schließen sich die Stomata komplett
--> starker Rückgang der CO2 Aufnahme und Nettophotosynthese sinkt auf null
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 27
63
Warum reagieren Pflanzenarten unterschiedlich auf sinkendes Wasserpotential?
- Pflanzen unteschliedliche Tolerannz gegenüber Trockenstress
- beruht auf unterschiedlichen morphologischen, physiologischen und biochemischen Eigenschaften
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 27
64
Was sind CO₂- und Wasser-Sparstrategien bei Pflanzen?
- Frühes Schließen der Stomata
- Hohe Wasserspeicherkapazität
- Anpassungen im Photosyntheseweg, wie bei C₄- und CAM-Pflanzen, die ihre CO₂-Fixierung zeitlich oder räumlich trennen
--> CO₂- und Wasser-Sparstrategien ermöglichen es Pflanzen, auch bei Trockenheit effizient zu bleiben
65
Was bedeutet es, wenn die Nettophotosyntheserate auf null fällt?
* wenn die CO2-Aufnahme gleich oder weinger der CO2-Fixierung ist --> Netto-CO2-Aufnahme gleich oder kleiner null
* Dies erfolgt bei geschlossenen Stomata
66
Was unterscheidet den C4-Stoffwechselweg vom C3-Stoffwechselweg?
**C3-Stoffwechselweg:**
* CO2-Fixierung nur im Mesophyllzellen
**C4-Stoffwechselweg**:
* CO2-Fixierung räumlich getrennt in speziallisierten Zelltypen: Mesophyllzellen und Bündelscheidenzellen
67
Wie verläuft die CO₂-Fixierung bei C4-Pflanzen?
1. In den Mesophyllzellen wird CO2 durch das Enzym Phosphoenolpyruvat(PEP)-Carboxylase an Phosphoenolpyruvat gebunden wodurch Oxalacetat entsteht
2. Oxalacetat wird zu Malat umgewandelt und in die Bündelscheidezellen transportiert
3. Malat wird in den Bündelscheidenzellen gespalten wodurch CO2 freigestezt wird
4. CO2 wird dann für den Calvin-Zyklus verwendet und durch RubisCO fixiert (wie bei C3-Pflanzen)
## Footnote
Vorelsung 2 Folie 28
68
Warum ist die PEP-Carboxylase im C4-Stoffwechsel besonders vorteilhaft?
PEP-Carboxylase reagiert anders als RubisCO nicht mit O2 --> Verhinderung Photrespiration
69
Was ist das Schlüsselenzym des C4-Stoffwechselwegs und welche Funktion hat es?
* Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEP-Carboxylase)
* Katalisiert die CO2-Fixierung in Mesophyllzellen durch binden von CO2 an Phosphoenolpyruvat (PEP) und Bildung von Oxalacetat
* sehr effizient, da PEP-Carboxylase nicht mit O2 reagiert --> Vermeidung von Photorespiration
70
Welche Vorteile bietet der C4-Stoffwechselweg für Pflanzen in trockenen und heißen Regionen?
* Durch die räumliche Trennung können Stomata länger geschlossen bleiben --> Reduktion von Transpiration
* Abbau von Malat erhöht CO2-Konzentration in den Bündelscheidenzellen --> ausreichend CO2 für Calvin-Zyklus auch bei geringer CO2-Konzentration in Umwelt
* Besonders gute Anpassung an warme und trockene Standorte
71
Wie unterscheiden sich C3- und C4-Pflanzen hinsichtlich ihrer Nettophotosyntheserate?
* C4-Pflanzen haben eine höhere Nettophotosyntheserate als C3-Pflanzen (auch im Vergleich zu Schattenpflanzen oder Bäumen)
* C4-pflanzen bessere Kohlenstofffxierung und -allokation
72
Nenne typische C4-Pflanzen und wo sie Vorkommen
* Gräser in tropischen und subtropischen Regionen (z.B. prärie der USA)
* Sträucher an trockenen und salzhaltigen Standorten
73
In welchen Pflanzengruppen kommt der C4-Stoffwechselweg **nicht** vor und worauf weißt das hin?
* Algen
* Moosen
* Farnen
* Gymnospermen
* ursprünglichen Angiospermen
--> C4-Stoffwechselweg hat sich erst im Verlauf der Evolution entwickelt, damit Pflanzen besser an Trockenheit, Hitze und hohe Lichtintensität angepasst sind
74
Wie verteilt sich der Anteil der C4-Gräser in Nordamerika und wovon hängt er ab?
* Anteil nimmt von Norden nach Süden zu (20% Norden zu 80% im Süden)
* Hängt von Temperaturanstieg in südlicher Richtung ab und zeigt erneut die Angepasstheit von C4-Pflanzen an höhere Temperaturen und intensive Sonneneinstrahlung
75
Was unterscheidet C3-, C4- und CAM-Pflanzen hinsichtlich CO2-Fixierung?
**C3-Pflanzen:** CO₂-Fixierung und Calvin-Zyklus finden zeitlich und räumlich am gleichen Ort ( in den Mesophyllzellen) statt
**C4-Pflanzen:** CO₂-Fixierung (als Malat) erfolgt in Mesophyllzellen, der Calvin-Zyklus in Bündelscheidenzellen --> räumliche Trennung
**CAM-Pflanzen:** CO₂ wird nachts fixiert (zu Malat), tagsüber findet der Calvin-Zyklus statt --> zeitliche Trennung (Tag/Nacht) innerhalb derselben Zelle (in den Mesophyllzellen)
76
Wie funktioniert der CAM-Stoffwechselweg?
**Nacht:**
* Stomata geöffnet
* CO₂ wird aufgenommen und mithilfe von PEP-Carboxylase zu Malat fixiert
* Das Malat wird in den Vakuolen der Mesophyllzellen gespeichert.
**Tag:**
* Stomata sind geschlossen (zur Wassereinsparung)
* Das gespeicherte Malat wird abgebaut
* CO₂ freigesetzt und im Calvin-Zyklus verarbeitet.
--> Diese Trennung ermöglicht Photosynthese mit minimalem Wasserverlust.
77
Welche Vorteile bringt der CAM-Stoffwechsel?
* Minimierter Wasserverlust, da die Stomata tagsüber geschlossen bleiben.
* Anpassung extrem heiße Lebensräume (Wüsten, Halbwüsten).
* Ermöglicht Photosynthese bei starker Hitze, starker Verdunstung und extrem wenig verfügbarer Feuchtigkeit.
78
Welche Pflanzenfamilien und Arten gehören zu den CAM-Pflanzen?
* *Crassulaceae* (Dickblattgewächse):
z. B. *Sempervivum* (Hauswurz) ("Immerlebende")
* *Aizoaceae* (Mittagsblumengewächse):
z. B. *Lithos* (lebender Stein)
--> Diese Pflanzen sind meist sukkulent und speichern Wasser in dicken Blättern
* Vorkommen: südlichem Afrika, maittagsblumengewächse auch in Australien
79
Warum ist der CAM-Stoffwechsel insgesamt langsamer und ineffizienter?
* Fixierung und Speicherung von CO2 auf Nacht begrenzt
* Speicherung von Malat und spätere CO2-Freisetzung benötigt Energie
* Vorteil: sehr geringer Wasserverlust --> durch trockene Wohnräume perfekte Anpassung und Resistenz --> gleicht Nachteile aus)
80
Wie unterscheiden sich Pflanzen funktioneller Gruppen in ihrer Temperaturanpassung?
Verschiedene Pflanzenarten haben unterschiedliche Temperaturoptima für die Photosynthese, angepasst an ihren Lebensraum:
* *Sesleria caerulea* (C3-Pflanze): gemäßigte Zonen --> Optimum bei ca. 20 °C
* *Spartina anglica *(C4-Pflanze): kühlere Küstenregionen --> Optimum bei ca. 30 °C
* *Tidestromia oblongifolia* (C4-Pflanze): Wüste --> Optimum bei >40 °C
* Die Temperatur-Optima spiegeln die Umgebungstemperaturen der Biotope wider
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 33
81
Wie zeigt das Experiment mit *Atriplex lentiformis* eine Anpassung der Photosynthese an Temperatur innerhalb einer Art?
ImLaborversuch wurden Klone der C4-Pflanze *Atriplex lentiformis* bei zwei verschiedenen Temperaturregimen aufgezogen:
* Gruppe 1: 23 °C tags / 18 °C nachts
* Gruppe 2: 43 °C tags / 30 °C nachts
**Ergebnis:**
* Pflanzen zeigten unterschiedliche Temperaturoptima der Photosyntheseleistung
* Gruppe 1 hatte ihr Optimum bei ca. 30 °C
* Gruppe 2 aufgezogene bei ca. 40 °C
-->temperaturabhängige Verschiebung des Photosyntheseoptimums, also eine phänotypische Plastizität der Art.
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 34
82
Wie zeigt sich saisonale Temperaturanpassung bei *Larrea divaricata*?
Beim Kreosotbusch (*Larrea divaricata*) wurde am natürlichen Standort festgestellt, dass sich das Temperaturoptimum der Photosyntheseleistung mit den Jahreszeiten verändert:
* Januar liegt das Optimum bei ca. 20 °C
* September bei ca. 30 °C
Diese Anpassung erfolgt ohne genetische Veränderung, sondern basiert auf jahreszeitlich bedingten physiologischen Umstellungen.-->Es handelt es sich um phänotypische Plastizität, die eine effektive Nutzung der vorhandenen Umweltbedingungen ermöglicht.
## Footnote
Vorlesung 2 Folie 34
83
Wie wird die Produktivität von Ökosystemen gemessen?
- an der Primärproduktion
84
Def: Primärpoduktion
- beschreibt grundlegende Form der Energiespeicherung
-> bei dem durch Photosynthese organische Verbindungen und damit Biomasse aufgebaut wird
- angegeben in Energieeinheiten pro Flächeneinheit und Zeiteinheit (z.B. Kilokalorien pro
Quadratmeter pro Jahr (kcal/m²/Jahr) oder Biomasse pro Quadratmeter und Jahr (g/m²/Jahr)
85
In was unterscheidet man Primärproduktion
**Bruttoprimärproduktion (BPP)**
- gesamte organismische Substanz, die im Laufe eines Zeitraums
(i.d.R. eines Jahres) durch photoautotrophe Pflanzen (photoautotrophe Organismen) in einem
Ökosystem gebunden wird
**Nettoprimärproduktion (NPP)**
- ergibt sich aus der BPP minus Verlust der Energie durch **Respiration** ergibt
- Primärproduzenten (Photoautotrophe) verbrauchen Energie über die
Atmung (Respiration = R)
86
Für was verwendet man die Hell-Dunkel-Flaschen-Methode
- Zur Bestimmung der Bruttoprimärproduktion, Respiration und Nettoprimärproduktion des
Phytoplanktons aquatischer Systeme
87
Erkläre das Prinzip der Hell-Dunkel-Flaschen-Methode
- es werden Wasserproben mit Phytoplankton, den Primärproduzenten aquatischer Systeme, in je eine lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Flasche gegeben und für einen festgelegten Zeitraum inkubiert
**hellen Flasche**
- Sauerstoff durch Photosynthese erzeugt und durch Respiration verbraucht
-> Zunahme O2-Konzentration in hellen Flasche = Nettoprimärproduktion
**dunkle Flasche**
- dringt kein Licht ein
-> Photosynthese kann nicht stattfinden
-> O2-Konzentration nimmt in Folge der Respiration ab
-> O2-Differenz zwischen beiden Flaschen = photosynthetisch produzierten Sauerstoff
88
Def: Kompensationsebene
- Punkt, an dem Bruttoprimärproduktion = Respiration
- Hier ist Nettoprimärproduktion = 0
- Kompensationsebene ist allgemein bei Lichtintensitäten unter 1% der Oberflächenintensität erreicht
89
Faktoren der Produktivität aquatischer Systeme
- Licht
- Nährstoffe
- Temperatur
90
Welches ist der wichtigste Faktor der Produktivität aquatischer Systeme ?
**- Licht**
- So zeigen BPP und NPP eine Abhängigkeit zur Wassertiefe
- während Respiration mit zunehmender Tiefe annähernd konstant bleibt
91
Welches ist der zweitwichtigster Faktor der Produktivität aquatischer Systeme ?
**- Nährstoffe **:Stickstoff, Eisen und Phosphor
- Phosphor ist meist limitierende Faktor in aquatischen Ökosystemen
## Footnote
Primärproduktion aquatischer Systeme, in der Abbildung gemessen am Chlorophyllgehalt des
Wassers, steht in Abhängigkeit zur Phosphorkonzentration.
92
Welches ist der drittwichtigster Faktor der Produktivität aquatischer Systeme ?
**- Temperatur**
->bestimmend für Stoffwechselrate in aquatischen Systemen
93
Wo ist die geringste Primärproduktion zu finden und warum?
- offenen Ozeane
- Man spricht von Nährstoffwüsten
-> Nettoprimärproduktion ist nur dort zu verzeichnen, wo nährstoffhaltige Strömungen sind, so der Humboldt-Strom vor Südamerika.
94
Wo ist die höchste Primärproduktion zu finden und warum?
- an den Küsten und Flachmeeren
- beruht auf guter Versorgung mit Energie (Licht) durch geringe Wassertiefe sowie ausreichend Nährstoffen
- > welche aus Sediment nach oben dringen
- an den Küsten bringen Gezeiten Nährstoffe
- zusätzlich existiert ein erheblicher Eintrag aus Zuflüssen der Süßgewässer
95
Mit was korreliert Nettoprimärproduktion der Weltmeere?
- mit Licht und Nährstoffen
96
Wie wird die Produktivität des terrestrischen Systemes bestimmt?
- mit puls-modulierte Chlorophyll-Fluoreszenz-Messung Technik
- Bei dieser nicht-invasiven Methode werden Strahlungspulse ausgesandt
- die Re-Emissionen der absorbierten Strahlung anschließend gemessen
-> Aus dieser als Chlorophyll-Fluoreszenz wird die Elektronentransferrate berechnet
-> aus welcher sich die Produktion von Zuckern ableiten lässt.
97
Was ist der wichtigste Faktor der Produktitivität des terresitischen Systemes
**Temperatur **
- Maßgebend ist hier die Reaktions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel (RGT-Regel)
- (eine physiko-chemische Gesetzmäßigkeit)
-> bei einer 10°C höheren Temperatur verläuft eine chemische Reaktion zwei bis viermal so schnell
98
Was ist der zweitwichtigster Faktor der Produktitivität des terresitischen Systemes
**Wasser**
->Photosyntheseraten stark abhängig von Wasserverfügbarkeit abhängt
99
Def: terrestisches System
| wurde gegoogelt wurde nicht in der VL erklärt
- Terrestrische Ökosysteme, häufig synonym mit Biom, sind Lebensräume der Landoberfläche. bei Pflanzen werden nur solche Arten als terrestrisch angesehen, die direkt im Erdboden wurzeln und nicht auf Gestein, anderen Pflanzen wachsen.
100
Was ist der drittwichtigster Faktor der Produktitivität des terresitischen Systemes
**Nährstoffe**
- oft limitierende Rolle
101
höchste Produktion der Primärproduktion terrestrischer Ökosysteme?
- Einfluss Klimas auf Primärproduktion terrestrischer Ökosysteme spiegelt sich in ihrer globalen Verteilung wider: Die Nettoprimärproduktion
- korreliert mit Temperatur und Niederschlag
->höchste Produktion am **Äquator**
-> wo Temperatur und Niederschläge optimal sind
102
niedrigste Produktion der Primärproduktion terrestrischer Ökosysteme?
- in Wüsten, in denen Niederschlag fehlt
- sowie in Arktis, wo niedrige Temperatur Primärproduktion stark limitiert
- nach Norden und Süden hin nimmt Temperatur ab
- Vegetationsperiode verkürzt sich
-> Folge: Nettoprimärproduktion geht zurück
103
Mit was korreliert die Nettoprimärproduktion auf den Landflächen der Erde?
- mit Temperatur und Niederschlag
104
Erläuter die Satellitentechnick Advanced Very High Resolution Radiometer
(AVHRR)
- einmal am Tag wurde gesamte Erde mit einer räumlichen Auflösung von einem
Kilometer gescannt
-> grüne Pflanzen besitzen spezifische Reflektionsmuster
-> absorbieren mehr Licht im sichtbaren Bereich (380 – 750 mm) als im Infrarotbereich (750 – 1100 mm)
- anhand dessen lässt sich die Nettoprimärproduktion messen
105
Wo befindet sich die höchste Nettoprimärproduktion auf der Erdeim Juni und im Dezember?
| andere Formulierung für die Frage finden
**Juni **
- misst man höchste Nettoprimärproduktion vor allem auf Nordhalbkugel
- sowohl im Meer als auch an Land
**Dezember**
- auf der Südhalbkugel, während Nordhalbkugel bis zur Sahara im Wintermodus befinden
106
# Terminologie 1
Was ist ein Biotop?
| Nenne auch ein Beispiel
* ein abgegrenzter Lebensraum mit gleichen Umweltbedingungen
* beherbergt lokale Populationen von verschiedenen Pföanzen- und Tierarten
**Beispiel** : Korallenriff
107
# Terminologie 1
Was beschreibt die Biozönose?
| Nenne auch mindestens 3 Arten der Biozönose
* Geamtheit aller Organismen in einem Biotop
* Organismen sind an die lokalen biotischen und abiotischen Bedingen angepasst
* Individuen stehen direkt und indirekt zueinander in Wechselwirkung
**Arten** : Phytozönose, Zoozönose, Mikroorganismengemeinschaft
108
# Terminologie 1
Aus was setzen sich die **Phytozönose**, **Zoozönose** und **Mikroorganismengemeinschaft** zusammen?
* Phytozönose: Pflanzengemeinschaft
* Zoozönose: Tiergemeinschaft
* Mikroorganismengemeinschaft: Pilze, Bakterien, Archaea
109
# Terminologie 2
Was beschreibt eine Zootaxozönose?
| Warum existiert sie? Umfang? Ein Beispiel nennen
Zootaxozönosen existieren, weil die Arterfassung in Zoozönosen kaum möglich ist
* Beschränken die Erfassung auf eine bestimmte Taxa
**Beispiel** : Käferzönose
| Käferzönose: Gemeinschaft der Laufkäfer
## Footnote
Taxa: Tiergruppe
110
# Terminologie 2
Was beschreibt eine Synusie?
| Nenne ein Beispiel
* abgrenzbare Teilgemeinschaft
* an Kleinstandorten innerhalb des Biotops
**Beispiel** : Moossynusium
| Moossynusium: Baumstumpf typischer Moosgesellschaft
111
# Terminologie 2
Was beschreibt eine Funktionelle Gruppe?
| Alternativer Name? Nenne Beispiele der verschiedenen Arten von Gruppen
Arten einheitlicher Lebensform- oder Ernährungstypus
* **Lebensform** : Sukkulenten, Helophyten
* **Ernährung** : Saftsauger, Blattminierer, Blütenbesucher
## Footnote
Sukkulenten: Saftpflanzen
Helophyten: Sumpfpflanzen
112
# Biozönosen
Welche Konzepte der Biozönosen existieren?
| Benenne die Allegorie hinter der Idee und die bekannten Konzepte
**Konzepte** :
1. Hollistisches Konzept *Clements*
:**Superorganismustheorie** mit selbstorganisierenden Systemen
2. Individualistisches Konzept *Thienemann*
:**Zufällige Artgemeinschaften**, dessen Ähnlichkeiten auf ähnlichen Ansprüchen basieren
3. Darwinistische Konzept *Harper 1967*
:Biozönosen als räumliche **funktionelle Einheit**, Interaktion bringt die Selektion und Adaption hervor
**Denkensweise** :
Wechselwirkungen in der Biozönose ist wie die innerhalb eines Organismus: *Allegorie*
1. Individuen = Zellen
2. Populationen = Organe
3. Lebensgemeinschaft = Organismus
113
# Biozönose Konzepte
Was besagt das Hollistische Konzept?
| Eigenschaften mit Beispielen erklären
: **Superorganismus** nach *Clements*
Kollektive Eigenschaft
* alle Arten sind durch eine **funktionelle Gruppe** verbunden
* Biomasseproduktion ist kollektiv in Abhängigkeit von den Ressourcen des Habitats
*Beispiel* : **Diversität** – durch charakteristische Umweltfaktoren definiert
Emergierende Eigenschaft
* abiotische und biotische Faktoren, die von den Organismen beeinflusst werden
* Prägung der physikalischen und chemischen Verhältnisse
*Beispiel* : **Energie- und Stofffluss** – Selbstregulation der Organismen und auch Störungen durch sie
114
# Hollistische Konzept
In welchem Habitat wird eine höhere Biomasseproduktion erwartet? Regenwald oder Wüste
**Regenwald**
Mehr Ressourcen, bessere abiotische und biotische Konditionen für die Biozönose
115
# Hollistische Konzept
Wo wären eher Blütenbestäuber erwartet? Wald oder Wiese
**Wiese**
Wegen der Blumen und weniger Räubern
116
# Terminologie
Was ist ein Ökosystemingineur?
Organismen, die mechanische Leistungen und Stoffwechseländerungen verrichten und damit die Umwelt beeinflussen
117
# Ökosystemingineur
Wie und von wem wird die Riffstrukktur unterwasser geformt?
Korallen sind Ökosystemingineure, die mit ihrem Kalkgerüst die Riffe bauen.
118
# Hollistisches Konzept
Beobachtung von Phytozönosen
| Untersuchungen von Tilmann 1996
Es wurde die Diversität von Pflanzen experimentell verändert:
1. Höhere Pflanzendiversität führt zu einer höheren Gesamtdiversität *: Herbivore, Blütenbestäuber*
: Erkennbar durch den **Shannon-Diversität-Index**
2. Anstieg der prozentualen Pflanzenabdeckung sorgt für eine niedrigere Nitratkonzentration in der und auch unterhalb derWurzelzone
: Effektivere Assimilation der Pflanzen erkennbar
## Footnote
S.6 Folien, VL 2
119
# Biozönosen Konzepte
Was ist das Individualisierte Konzept?
| Kontnuum-Konzept, Problematik
**Superorganismus** nach *Gleason*
Nutzung des **Kontinuum-Konzepts** :
* Phytozönose spiegelt **lokale Standortfaktore**n wider; keine Zusammenfassung mit anderen Zönosen
* Ähnlichkeit benachbarter Arten basiert auf **ähnliche Ansprüche** von Ressourcen; keine Verbindung mit Wechselwirkungen oder gemeinsamer Entwicklungsstrategie
* Lebensgemeinschaften sind Arten, welche unter gegebenen Bedingungen existieren können
**Problematik** :
1. Artgemeinschaften sind zufällig
2. Umweltfaktoren werden ausgenommen
120
# Biozönose Konzepte
Was ist das Darwinistische Konzept?
**Kein Superorganismus**
* Lebensgemeinschaften unterliegen keiner Selektion und Evolution selektiver Eigenschaften
* Organismen **bilden** und **modifizieren** die Umwelt
* **Populationsinteraktionen** bilden die Selektionsfaktoren für die evolutive Adaption von Arten
* Lebensgemeinschaften sind keine Superorganismen; **Systeme** in Populationen, die die Evolution antreiben sind Superorganismen
