Vorlesung Ökologie II Biozönosen Jean Charles MUNCH Lehrstuhl für Bodenökologie Helmholtzzentrum München, Neuherberg

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1 Vorlesung Ökologie II Biozönosen Jean Charles MUNCH Lehrstuhl für Bodenökologie Helmholtzzentrum München, Neuherberg

2 Schwerpunkt Böden + Mikroorganismen, einige Aktivitäten Böden: äußertst dicht & vielfältig belebte Ökosysteme Oberboden eines Acker: bis zu 10 Milliarden Bakterienzellen und ca Spezies pro Gram Boden zudem Pilze (Hyphen) Mikro-, Meso, Makrofauna eine Hand voll Ackerboden: mehr Organismen als Menschen auf der Erde

3 Bakterien Pilze Protozoen

4 Organismengrößen: vom µm zum Meter

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6 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

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9 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 CO 2

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11 Boden an Wurzeln

12 Verschiedene Ansprüche der Organismen

13 Gemeinschaften von Organismen Organismen können sich in ihren Funktionen ergänzen Abbau von Pflanzenstreu: vielseitige (molekulare) Strukturen vielseitige chemische Strukturen

14 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

15 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

16 Gemeinschaften von Organismen Organismen schalten sich aus in der Konkurrenz um Lebensräume gegenseitige Biokontrolle über Biocide bzw. Antibiotika : No impact inhibition of growth Trichoderma sp. mit Gaeumanomyces gr. T. viride (HC-J3/3) Bacillus subtilis (Isolat B171)

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24 Gemeinschaften von Organismen Organismen leben miteinander in Assoziationen: Zweck: Austausch von Stoffen zum Vorteil von beiden: Bakterien und Pilze

25 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).

26 Gemeinschaften von Organismen Organismen leben miteinander in Assoziationen: Zweck:. Austausch von Stoffen zum Vorteil von beiden: Bakterien und Pilze Bakterien und Pflanzenwurzeln

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29 Gemeinschaften von Organismen Organismen leben miteinander in Symbiosen: Zweck:. Austausch von Stoffen zum Vorteil von Beiden Mikroorganismen und Pflanzen Bakterien und Pflanzenwurzeln: die biologische N 2 -fixierung Pilze und Pflanzenwurzeln: die Mykorrhizzen

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32 Symbiose Bakterien + Pflanzenwurzeln: die biologische N 2 -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

33 Symbiose Bakterien + Pflanzenwurzeln die biologische N 2 -fixierung Bakterien sind aktiv in den Pflanzenwurzeln Bakterien erhalten energiereiche Verbindungen von der Pflanze (Photosynthetate) Die Wurzel erhält Amino-Stickstoff von den Bakterien gegenseitiges Ausbilden der Symbiose und des Milieus gegenseitiges Ernähren mit Mangelverbindungen

34 Symbiose Bakterien + Pflanzenwurzeln die biologische N 2 -fixierung Hohe Spezifizität zwischen Pflanzen und Bakterien Pflanzen: Leguminosen Bakterien: Rhizobien Symbiose: in Knöllchen, daher Knöllchenbakterien

35 Symbiose Pilzen + Pflanzenwurzeln die Mykorrhizen Mehrere Typen je nach Pflanzenart je nach Pilzart

36 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)

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44 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.