Biozönosen

Vorlesung Ökologie II
Biozönosen
Jean Charles MUNCH
Lehrstuhl für Bodenökologie
[email protected]
Helmholtzzentrum München, Neuherberg
Schwerpunkt
Böden + Mikroorganismen, einige Aktivitäten
Böden: äußertst dicht & vielfältig
) belebte Ökosysteme
Oberboden eines Acker:
bis zu 10 Milliarden Bakterienzellen und
ca. 100 000 Spezies pro Gram Boden
zudem
Pilze (Hyphen)
Mikro-, Meso, Makrofauna
eine Hand voll Ackerboden:
mehr Organismen als Menschen auf der Erde…
Bakterien
Pilze
Protozoen
Organismengrößen:
vom µm zum Meter
Lebensräume der Bodenorganismen
Porenräume im Boden:
beinhalten Luft und Wasser bzw. Lösung+Stoffe
stets wechselnder Luft-/Wasserhaushalt
In den Poren,
Mikroorganismen in Wasser auf Oberflächen
an Porenwänden
auf organischen Partikeln (Substrate…)
auf Wurzeln (Substrate…)
Mikroorganismen in der Pore wenn Wassergefüllt
Darm der Bodenfauna
Biologische, mikrobielle Aktivitäten : wo?
Wasser:
Wasser in Poren, Wasserfilme (Wände,Flächen)
Energie und Nährstoffe
zumeist organische Bodensubstanz (Neosynthese)
Primärproduzenten (Pflanzen, Algen…)
Nekromasse Pflanzen + Bodenleben
autotrophe Mikroorganismen:
photosynthetisch aktiv
chemotroph aktiv:
Energie zur Wasserspaltung aus Oxidation
chemischer Verbindungen (Ammonium, Sulfid)
und Reduktion von CO2
Boden an Wurzeln
Verschiedene Ansprüche der Organismen
Gemeinschaften von Organismen
Organismen können sich in ihren Funktionen ergänzen
Abbau von Pflanzenstreu:
vielseitige (molekulare) Strukturen
vielseitige chemische Strukturen
Gemeinschaften von Organismen
Organismen können sich in ihren Funktionen ergänzen
Abbau von Pflanzenstreu:
vielseitige (molekulare) Strukturen
vielseitige chemische Strukturen
zerkleinern: Bodentiere (verdauen MO’S auf Streu)
vermischen mit Boden: Bodentiere (Feuchte + MO’S)
Abbau von chemischen Verbindungen
Ligno-Zellulose: Pilze + Bakterien
Pestizide; Gifte aus Luft-Deposition (Dioxine)
anaerobe Dehalogenierung
aerobe Oxidation des Grundmoleküls
co-metabolischer Abbau
Gemeinschaften von Organismen
Organismen leben von einander: Nahrungsketten
kleine Organismem = Beute von größeren Organismen:
Nematoden + Protozoen: Bakterien und Pilze
Collembolen: Bakterien oder Pilze
Asseln: Mesofauna
Makrofauna: Mesofauna
Makrofauna: verlässt das Ökosystem
(Wanderung, Mensch)
= Motor der biogeochemischen Kreisläufe
Gemeinschaften von Organismen
Organismen schalten sich aus in der Konkurrenz um
Lebensräume
gegenseitige Biokontrolle über Biocide bzw. Antibiotika :
No impact
Trichoderma sp.
mit
Gaeumanomyces gr.
inhibition of
growth
T. viride (HC-J3/3)
Bacillus subtilis (Isolat B171)
Gemeinschaften von Organismen
Organismen leben miteinander in Assoziationen:
Zweck: Austausch von Stoffen zum Vorteil von beiden:
Bakterien und Pilze
Diversität von Bakterien vergesellschaftet mit Hyphen von Bodenpilzen:
Konfokale Laser Scanning Mikroskopische Aufnahme nach Fluoreszenz in situ
Hybridisierung mit verschiedenen phylogenetischen Sonden mit unterschiedlicher
Fluoreszenzmarkierung (Aufnahme: C. Kellermann, Hemholtzzentrum München).
Gemeinschaften von Organismen
Organismen leben miteinander in Assoziationen:
Zweck:. Austausch von Stoffen zum Vorteil von beiden:
Bakterien und Pilze
Bakterien und
Pflanzenwurzeln
Gemeinschaften von Organismen
Organismen leben miteinander in Symbiosen:
Zweck:. Austausch von Stoffen zum Vorteil von Beiden
Mikroorganismen und Pflanzen
Bakterien und Pflanzenwurzeln:
die biologische N2-fixierung
Pilze und Pflanzenwurzeln:
die Mykorrhizzen
Symbiose Bakterien + Pflanzenwurzeln:
die biologische N2-fixierung
Bakterien sind aktiv in den Pflanzenwurzeln
Die Besiedelung der Wurzeln ist durch die Pflanze gesteuert
In der Wurzel vermehren sich die Bakterien ohne Zellwand
Wurzelzellen und Bakterien bilden Schutzsubstanzen
um ein reduktives Milieu zu erzeugen
Symbiose Bakterien + Pflanzenwurzeln
die biologische N2-fixierung
Bakterien sind aktiv in den Pflanzenwurzeln
Bakterien erhalten energiereiche Verbindungen von der
Pflanze (Photosynthetate)
Die Wurzel erhält Amino-Stickstoff von den Bakterien
Æ gegenseitiges Ausbilden der Symbiose und des Milieus
gegenseitiges Ernähren mit Mangelverbindungen
Symbiose Bakterien + Pflanzenwurzeln
die biologische N2-fixierung
Hohe Spezifizität zwischen Pflanzen und Bakterien
Pflanzen: Leguminosen
Bakterien: Rhizobien
Symbiose: in Knöllchen, daher Knöllchenbakterien
Symbiose Pilzen + Pflanzenwurzeln
die Mykorrhizen
Mehrere Typen
je nach Pflanzenart
je nach Pilzart
Symbiose Pilzen + Pflanzenwurzeln
die Mykorrhizen
Gegenseitige Nutzen
Die Pflanzen
versorgen die Pilzhyphen mit Nährstoffen aus der
Photosynthese, insb. reduzierter C
Die Pilzhyphen
vergrößern das Wurzelsystem und somit das Bodenvolumen,
das ausgenutzt wird (sehr feine Hyphen, durchwachsen sehr
feine Poren)
versorgen die Pflanze mit Wasser (höhere Saugspannung als
die Pflanzenwurzel
versorgen die Pflanzen mit Nährstoffen (z.T. aktiv in
Nährstoffmobilisierung)
Zusammenfassung
Umwelthabitate wie Böden sind von Biozönosen belebt:
Biozönosen erbringen andere Leistungen als
Einzelorganismen, sie erreichen sehr hohe Dynamiken
Aktive Biozönosen bilden sich neu in Abhängigkeit von
den jeweils herrschenden Bedingungen: hohe Dynamik…
Vegetationszeiten, Jahreszeiten, Bodenbewirtschaftung
ändern das Habitat und die Biozönosen
Die hohe Biodiversität macht die kurzfirstige Anpassung
und das jeweilige Funktionieren des Ökosystems möglich.
Auch unten neuartigen Bedingungen des Klimawandels?
Die Abnahme der Biodiversität gefährdet Biozönosen,
deren Funktionen elementar für das Ökoystem sind.