Manuskript zu Plankton

Plankton
Plankton
PLANKTON
Grundkurs - Ökologie SS 2005
Plankton
Victor
Hensen
Viktor Hensen (1835-1924)
prägte 1887 den Begriff „Plankton“.
Gr. Plagktos = umherschweifend
Alle Organismen, die im Freiwasser
(Pelagial) leben und deren Eigenbewegungen im Vergleich zu den
Bewegungen des Wasserkörpers
unbedeutend sind.
Passive Verfrachtung durch Strömungen
Schweben im Wasserkörper.
Eigenbewegungen - zum Erhalt des Schwebezustandes
- zur Höhenregulierung im Wasser.
Plankton
Lebensräu
me
Pelagial:
Lebensraum von Plankton (Algen, Daphnien, Rädertierchen)
und Nekton (Fische)
Benthal: Lebensraum des Benthos (z.B. Flohkrebse, Würmer)
Plankton
KompEbene
Einteilung nach Lichtintensität
Kompensationsebene
Brutto-Photosyntheserate und Respiration gleichen sich aus.
Größere Tiefen – weniger Lichtenergie für Pflanzen.
Oberhalb der Kompensationsebene:
Bilanz der Photosynthese positiv.
Neue Biomasse wird aufgebaut.
Unterhalb der Kompensationsebene:
Verluste durch Veratmung größer als
die Gewinne aus Photosynthese.
Plankton
Schichtun
g
Einteilung nach der Temperaturschichtung
Schichtung des
Wasserkörpers im Sommer
Plankton
Zusamme
nsetzung
Zusammensetzung des Planktons
Unterschiedliche
Organismengruppen.
Einzeller (Protozoen) und Mehrzeller (Metazoen).
pflanzliche, tierische und mikrobielle Organismen.
Plankton
Einteilung
Einteilung der Planktonorganismen
1) Nach der Körpergröße:
Femto- bis Megaplankton
2) Nach dem Lebenszyklus:
Holoplankton und Meroplankton
3) Nach Funktion / Ernährungsweise:
Destruenten: Bakterioplankton (Bakterien, Pilze)
Produzenten: Phytoplankton (Algen)
Konsumenten: Zooplankton (tierische Organismen)
Plankton
Größenkl
assen 1
Plankton: Größenklassen
Femtoplankton
0,2 µm
Viren, Phagen
Picoplankton
0,2 µm
2 µm
Bakterien, kl. Phytopl., Protozoen
Nanoplankton
2
20 µm
Phytoplankter, Protozoen, gr. Bak.
µm
Plankton
Größenkl
assen 2
Plankton: Größenklassen
Mikroplankton
Mesoplankton
20 µm 200 µm
200 µm
2 mm
große Phytoplankter u. Protozoen,
kleine Metazoen (z.B. Rotatorien)
größte Einzeller, Phytoplanktonkolonien, viele Metazoen
Volvox spec.
(200-2000 µm)
Bosmina spec.
(bis über 1000 µm)
Plankton
Größenkl
assen 3
Plankton: Größenklassen
Makroplankton
2 mm
2 cm
Megaplankton
über 2 cm
Daphnia spec. (bis über 2000 µm)
extrem große Phytoplanktonkol.
gr. pelagische Crustaceen (Krill)
größte Zooplankter (z.B. Quallen)
Euphausia superba (über 6 cm)
Plankton
Holoplan
kton 1
Plankton: Lebenszyklen - Holoplankton
Alle Stadien des Lebenszyklus werden im Pelagial verbracht.
Copepoda
Adultus
Ei
CopepodidStadien
NaupliusStadien
Plankton
Holoplan
kton 3
Plankton: Lebenszyklen - Holoplankton
Cladocera: Keine Larvenstadien.
Schlupf aus Dauereiern während der ersten Planktonblüte.
Parthenogenetische und sexuelle Fortflanzung (Heterogonie)
Plankton
Meroplan
kton 1
Plankton: Lebenszyklen - Meroplankton
Mindestens ein Lebenszyklusstadium nicht planktonisch
Büschelmücke
Chaoborus crystallinus
Larven: 12 bis 17 mm.
Zwei Generationen pro Jahr.
Erste Generation ist im Juli/August
ausgewachsen und legt sofort Eier ab.
Larven der 2. Generation überwintern
bei tieferen Temperaturen am
Teichgrund
Schlupf im folgenden April/Mai
Plankton
Meroplan
kton 2a
Plankton: Lebenszyklen - Meroplankton
2-4 cm große
Süßwasser-Muschel
(Flüsse und Seen).
Oft massenhaft in
großen Kolonien.
Etwa 1830 von Südostnach Mitteleuropa
eingewandert.
Nach Nordamerika verschleppt.
Wandermuschel
(Dreissena polymorpha)
„Wandermuschel“, weil sie mit ihrer
freischwimmenden Larve schnell
neue Lebensräume besiedeln können.
Plankton
Meroplan
kton 2b
Plankton: Lebenszyklen - Meroplankton
Über 40 000 Eier werden ins Wasser abgegeben.
3-5 Tage nach der Befruchtung schlüpfen die Larven (Veliger)
und verbleiben bis über einen Monat frei-schwimmend im
Wasser.
Austern-Veliger
Plankton
Bakteriop
lankton
Plankton: Funktion – Destruenten/Reduzenten
Bakterioplankton
Planktische Bakterien, können sowohl autotroph als auch
heterotroph sein.
Fluoreszenzmikroskopie
Häufigste Plankter
Plattenkeimzahl
Coliforme Bakterien
weisen auf fäkale
Verunreinigungen hin.
Große metabolische Vielfalt !!!
Epifluoreszenz-Präparat gefärbt mit dem DNAFluoreszenzfarbstoff DAPI und angeregt mit UV-Licht.
Plankton
Mykoplan
kton
Plankton: Funktion – Destruenten/Reduzenten
Mykoplankton
Planktische Pilze sind heterotroph
Ernähren sich saprophytisch (von abgestorbenem
organischen Material)
Viele parasitische Formen.
Algenpilze (Oomycota) auf fädigen Grünalgen.
Echte Pilze (Eumycota) häufig parasitisch.
Schlauchpilze (Ascomycetes) sind durch Hefen vertreten.
(besonders in Gewässern, die stark durch gelöste
organische Substanzen belastet sind)
Plankton
Phytoplan
kton
Plankton: Phytoplankton - Produzenten
Alle autotrophen Planktonorganismen, die Photosynthese betreiben.
6 CO2 +6 H2O Æ C6H12O6 + 6 O2 (- 2802 kJ)
Hauptsächlich pflanzliche Organismen, wie z. B
Blaualgen (Cyanobakteria),
Kieselalgen (Diatomeen)
Grünalgen (Chlorophyceen),
andere Phytoflagellaten (z.B. Dinophyta, Euglenophyta)
Die Produktion von Phytoplankton (Primärproduktion) ist die
Lebensgrundlage für andere Organismen im und am Gewässer.
Plankton
Blaualgen
Phytoplankton: Blaualgen (Cyanobakterien)
Trotz prokaryotischer Zellorganisation fast alle Lebensformtypen
des Phytoplanktons.
Microcystis spec.
Einzellig
Synechococcus spec.
Fädig
Kolonien
N-Fixierung !
Gasvakuolen
Plankton
Kieselalg
en
Phytoplankton: Kieselalgen (Diatomeen)
Einlagerungen von Kieselsäure in den Zellwänden, stets einzellig
2 Ordnungen: Pennales u. Centrales
Tabellaria spec.
Asterionella formosa
Vermehrung durch Zweiteilung
Hypotheke wird neu gebildet
Dadurch werden die Zellen immer kleiner.
Bei einer kritischen minimalen Größe sexuelle Fortpflanzung.
Plankton
Grünalge
n
Phytoplankton: Grünalgen (Chlorophyta)
Stammesgeschichtlicher Ausgangspunkt der höheren Pflanzen.
Alle Organisationsstufen, 8000 Arten
Volvox spec.
Chlorococcum spec.
Scenedesmus spec.
Plankton
Phytoflag
ellaten
Phytoflagellaten (Dinophyta, Euglenophyta)
Eine Quer- und eine Längsfurche in denen je eine Geißel liegt.
Gymnodinium paradoxum.
Zellwände mit Cellulose
Euglena viridis.
Autotrophe, myxotrophe, und
heterotrophe Formen
Plankton
Zooplankt
on
Zooplankton (Konsumenten)
Betreiben keine Photosynthese
Ernähren sich von anderen Organismen.
Herbivore, onmivore und carnivore
Zooplankter
Assimilation organischer Substanz
O2-Verbrauch
N-Freisetzung
Komplexe Fraßbeziehungen
-> Nahrungsnetz
Plankton
Rädertierc
hen
Zooplankton: Rädertierchen (Rotatoria)
Räderorgan erzeugt Wasserwirbel
Ernährung
Fortbewegung
Kaumagen
Lecane spec.
ca. 200 µm
Ostracoden
Zooplankton: Ostracoda (Muschelkrebse)
(0,5 – 3 mm)
Zweiklappiger Carapax umschließt gesamten Körper.
2. Antennen dienen der Fortbewegung.
Marin und limnisch, nur wenige pelgische Arten.
Zooplankton: Cladocera (Wasserflöhe)
Cladocera 1
(1 – 6 mm)
Carapax zweiklappig
Limnisch, nur wenige marine Arten
Zooplankton: Cladocera (Wasserflöhe)
Cladocera 2
Durchsichtig und farblos
Langer Schwanzstiel
Weibchen ohne Stachel
Räuber von Cladoceren
und Copepoden
(1 – 6 mm)
Bythotrephes spec.
(bis 10 mm)
Cyclopoidea
Zooplankton: Copepoda (Cyclopoida)
Macrocyclops albidus
(um 2,5 mm)
1. Antennen dienen der Fortbewegung
Weibchen mit Eiballen
Plankton
Ichtyopla
nkton
Ichtyoplankton (Fischeier und -larven)
Dottersacklarven
(10 - 30 mm)
Temporäres Auftreten
Räuber von Cladoceren und Copepoden
Nahrungsspektrum verändert sich rasch mit
der Zunahme der Körpergröße
Trophische Interaktionen (Nahrungsnetze)
Trophodynamik
Körpergröße nimmt mit der Position in der Nahrungskette zu.
Energie- und Stoffverluste begrenzen Länge von Nahrungsketten.
Phytoplankton: Photosynthese
Zooplankton:
Herbivore (Pflanzenfresser)
Carnivore (Fleischfresser)
Omnivore (Allesfresser)
Ernährungsweise: Greifer, Strudler, Filtrierer, Leimrutenfänger
Plankton
Nahrungs
netz
Endkonsumenten
Raubfische
Sekundärkonsumenten
Carnivores
Zooplankton
Primärkonsumenten
Herbivores
Zooplankton
Primärproduzenten
Phytoplankton
Destruenten
Bakterien / Pilze
Plankton
Vertikalw
anderung
Vertikalwanderung
Manche Zooplankter
(Daphnien, Copepoden)
Fraßvermeidung
Metabolische Vorteile
Im Meer:
Nordischer Krill
Flügelschnecken
Plankton
Cyclomor
phose
Cyclomorphose
Jahreszeitliche Formveränderung einer Art
(z.B. Daphnien)
Ausbildung von Dornen,
Buckeln oder Helmen
Fraßvermeidung
Daphnia cocculata
Foto: C. Laforsch
Plankton
Jahresgan
g
Jahresgang Phytolankton
Die saisonale Abfolge der Planktonentwicklung wird bedingt durch die
Gegenläufigkeit von Lichtintensität und Nährstoffverteilung.
Winter: Lichtmangel und niedrige Temperaturen verhindern Algenwachstum
Frühjahr: Anstieg der Lichteinstrahlung führt zu Blüte und Nährstoffzehrung
Sommer: Nährstoffminderung durch Umlagerung und Sedimentation
Herbst: Nährstoff-Freisetzung nach vertikaler Durchmischung
Plankton
Frühjahrs
blüte
Frühjahrsblüte
Algenwachstum wird von Nährstoffressourcen und Temperatur begrenzt.
Kieselalgen dominieren zunächst
Verdrängung durch andere Phytoplankter durch Silikat-Limitierung.
Zooplankton folgt dem Phytoplankton
mit Verzögerung. Zunächst kleine,
dann größere Zooplankter.
Plankton
Sommerst
agnation
Sommerstagnation
Frühjahrsmaximum wird durch
Grazing und Sedimentation abgebaut.
Nährstoffpool erlaubt nur geringes
Phytoplankton-Wachstum.
Überwiegend Pico- und Nanoplankter.
Nährstoffquelle hauptsächlich durch
Exkretion der Zooplankter.
Plankton
Herbstzir
kulation
Herbstzirkulation
Die Herbstblüte findet statt, wenn bei
noch genügender Lichteinstrahlung
Nährstoffe aus dem Tiefenwasser
nach oben befördert werden.
Dichteunterschiede im Wasserkörper
sind nicht mehr vorhanden
Zirkulation durch Windeinfluss
Plankton
Wintersta
gnation
Winterstagnation
Niedrige Temperaturen und geringe
Lichteinstrahlung verhindern
Wachstum.
Mineralisierung von organischen
Stoffen am Seegrund.
Wasser wird mit Nährstoffen,
Mineralien und CO2 angereichert.
Plankton
Klarwasse
rstadium
Eutrophe Systeme
Klarwasserstadium:
Intensive Frühjahrsblüte
Schnelle Entfaltung des Zooplanktons
Zusammenbruch des Phytoplanktons
durch Grazing.
Hungerbedingungen für Zooplankter
Sommermaximum:
Genügend Nährstoffe
Kontinuierliches Algenwachstum
Blaualgenblüte:
Bei N-Limitierung
Plankton
Jungforsc
her