Physiologische und ökologische Potenz

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Kategorie: Toleranzbereich

Physiologische und ökologische Potenz

Wenn das Wort "Potenz" fällt, denken die meisten wahrscheinlich allen vor an die Fruchtbarkeit bei Männern oder an eine mathematische Funktion. Bei der Toleranz wären es dann wohl eher Wörter wie "Meinungsfreiheit" oder "Nächstenliebe". Jedoch möchten wir heute einmal die biologischen Aspekte der oben genannten Begrifflichkeiten anhand des Beispiels der Kieselalge erläutern.

Zuerst wollen wir klären, welche Salinitätswerte und ph-Werte in der Nord- und Ostsee vorliegen, wobei die Werte in der Nordsee den Durchschnitts Salinitätswerten der Weltmeere entsprechen. Bei der Nordsee liegen die PSU-Werte bei 35. In der Ostsee liegt der Wert bei 3 bis 18, wobei der psu Wert in Richtung Osten stetig abnimmt.

Die Angabe PSU heißt „Practical Salinity Units“ und ist die Einheit für den Salzgehalt im Wasser oder einem Gewässer. Sie setzt sich aus Gramm/ Liter zusammen.

Der pH-Wert des Meereswassers beträgt allgemein 7,5 bis 8,4 und ist somit leicht alkalisch. Die Nord- und Ostsee sind in diesen Werten mit inbegriffen.

Bevor wir mit der Präsentation fortfahren, ist es wichtig, dass ihnen die Beseutung einiger Fremdwörter klar ist, wie zum Beispiel euryök, dieses Fachwort beschreibt die Fähigkeit eines Organismus sich stark veränderten Lebensbedingungen anzupassen. Das Gegenteil, sich also kaum bis gar nicht anpassen zu können, bezeichnet man als stenök. Unter der sogenannten ökologischen Potenz wird die Fähigkeit des Anpassens noch einmal genauer definiert. Als ökologische Nische bezeichnet man die biotischen und abiotischen Faktoren, die gemeinsam als Ganzes in einem Modell des natürlichen Lebensraumes betrachtet werden.

Unter dem Punkt der Toleranz (oder auch Toleranzbereich) versteht man im ökologischen Sinne die Fähigkeit von Lebewesen, Veränderungen von Umweltfaktoren in ihrem Lebensraum zu verarbeiten bzw. sich ihnen anzupassen. Dabei werden abiotische Faktoren untersucht:

 

Betrachteter Faktor

Salzgehalt (Salinität)

Temperatur

Feuchtigkeit des Bodens

Sauerstoffgehalt

Wassertiefe

Geographische Lage

 

 Abiotisch: Nicht biologische Faktoren, vor allem physische Gegebenheiten

 

Oben: kurze Auflistung der bei der ökologischen Toleranz betrachteten Gesichtspunkte

Lebewesen mit einer großen Toleranzspanne, also jene, die starke Veränderung in ihrem Biotop akzeptieren können, werden allgemein als eurypotent bezeichnet, ihre Gegenstücke als stenopotent. Unter Zunahme der Biologischen Faktoren kann ein Gesamtbild des untersuchten Ökosystems erstellt werden. Man spricht hierbei auch von der Ökologischen Nische.

 

Nachfolgend möchten wir Ihnen die Begriffe „ physiologische und ökologische Potenz“ erläutern.

 

Abbildung 1:
Die untersuchte Art erträgt große Schwankungen eines Umweltfaktors (euryök), ohne dabei ihre Aktivität herabzusetzen. Daher spricht man von einer hohen Physiologischen Potenz.
Solange also diese Art nicht mit anderen Arten konkurrieren muss, kann sie sich unter vielen Bedingungen verbreiten.

Abbildung 2:
Die untersuchte Art ist auf bestimmte Bedingungen

angewiesen(stenök). Durch diesen engen Toleranzbereich

(niedrige physiologische Potenz) kann sie selbst ohne nur

unter bestimmten Bedingungen aktiv sein.

Abbildung 3:

Verbreiten sich die beiden vorhin einzeln untersuchten Arten in einem gemeinsamen Biotop, so gewinnt die ökologische Potenz der Arten an Bedeutung:
Die in Abb. 2 untersuchte Art hat ein deutlich höheres Okologisches Optimum (also auch eine höhere ökologische Potenz) als die Art aus Abb. 1. Daher ist sie dort, wo sie verbreitet ist, konkurrenzstärker und verdrängt die Arten mit niedrigerer ökologischer Potenz.
Die Art mit der niedrigeren ökologischen Potenz (gelb) kann sich daher nur noch dort verbreiten, wo die Umweltfaktoren für die Art mit der niedrigen physiologischen Potenz (grün) ungünstig sind.

 

Fragestellung

Können sich die in der Nord- und Ostsee lebenden Algen- und Planktonarten im Falle einer Umsiedlung in verschiedene Lebensräume integrieren?

In Kooperation mit dem GEOMAR-Institut haben wir uns dieser Frage angenommen und mit den Algenarten Ditylum Brightwellii und Thalassiosira Eccentrica experimentiert, um eine Antwort zu finden! Außerdem haben wir mit unseren Ergebnissen einen Einblick auf die ökologischen und physiologischen Optima erlangen können und möchten diese nun auch mit ihnen teilen.

Der Vergleich

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Es ist zu beobachten, dass Ditilum ein viel breiteren Optimum hat als das Thalassiosira in der Nordsee.

Denn man kann schön sehen, dass das Optimum für Ditilum zwischen 12 und 33 liegt.

Hierbei kann man auch für das Thalassiosira sagen, dass es erst ein guten Wachstumsfaktor besitzt, wenn der Salinitätswert höher ist (ab 26).

Zwischen diesen zwei Komponenten ist noch auszuschließen ,dass  

bei der dargestellten Grafik ist zu beachten, dass die Kieselalge Art Ditilum oftmals eine größeren Toleranzbereich hat als Thalassiosira, welche wiederum bedeutet das Ditilum sich in der Nordsee besser in verschiedenen Salzgehalten zurecht finden kann.

Es ist zu beobachten, dass Dytilium WIEDERMAL EIN viel breiteren Optimum hat als das Thalassiosira in der Ostsee.

Das Optimum für Ditilum liegt zwischen 12 und 33.

Hierbei kann man auch für das Thalassiosira sagen, dass es erst ein guten Wachstumsfaktor besitzt, wenn der Salinitätswert höher ist (ab 26).

Zwischen diesen zwei Komponenten ist noch auszuschließen ,dass  

bei der dargestellten Grafik ist zu beachten, dass die Kieselalge Art Ditilum oftmals eine größeren Toleranzbereich hat als Thalassiosira, welche wiederum bedeutet, dass Ditilum sich in der Ostsee besser in verschiedenen Salzgehalten zurecht finden kann.

Durchführung des Versuches

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Durchführung

 

Der erster Schritt unseres Laborversuches bestand darin, zu untersuchen, welche Artenvielfalt in unserer Ostsee eigentlich vorhanden ist. Im Zuge dessen haben wir mit einem Mikromaschennetz Proben direkt aus der Ostsee entnommen und unter einem Binokular begutachtet, um uns bewusst zu machen, welche Mikroorganismen mit uns den Lebensraum Ostsee besiedeln. Was wir vorfanden, war eine enorme Anzahl an verschiedensten Lebewesen wie zum Beispiel Larven von Krebsen und Fischen, sowie anderen Schalentieren und Würmern.

 

 

Danach reichte uns die Kursleiterin eine Probe Kieselalgen. Verteilt wurden insgesamt vier Proben: Die beiden Arten Ditylum Brightwellii und Thalassiosira Eccentrica, welche jeweils einmal aus der Nord- und der Ostsee stammen. Als nächsten Schritt haben wir (unsere Probe war Thalassiosira) in eine Kulturplatte überführt und mit verschiedenen Wasserproben mit unterschiedlichen Salzgehältern (5, 12, 19, 26, 33, 40 PSU) versetzt. In jedes einzelne Well haben wir 3-10 Zellen in die jeweiligen salzhaltigen Wasserproben gepflanzt. Die Proben wurden anschließend in einem Kühlraum eingelagert, wo sie bis zum nächsten Tag eingelagert wurden. Die nächste Zählung erfolgte am nächsten Tag ( Donnerstag, der 26.02.2015 ) und wieder die nächste am darauffolgenden Freitag. Die letzte Zählung erfolgte am Dienstag, den 03.03.2015. Die Ergebnisse der Auszählungen wurden jeweils in eine Excel-Tabelle übertragen, welche uns als Grundlage für unsere Berechnungen diente.

 

Auswertung

 

Wie man aus der oben stehenden entnehmen kann, ist die aus der Ostsee stammenden Kieselalgenart Thalassiosira gegenüber der Salinität toleranter, das heißt, dass sie einen größeren Toleranzbereich hat und somit besser mit hohen Salzgehalten zu Recht kommt. Das ist auf den Ursprung der Thalassiosira zurück zu führen, da diese aus der salzhaltigeren Nordsee stammt und somit an höhere Salzgehalte gewöhnt ist. Dadurch, dass die Kieselalge quasi Extrembedingungen ausgesetzt ist, ist es somit auch kein Problem für diese Art sich in die weniger salzhaltige Ostsee einzuleben. Es ist im Allgemeinen festzustellen, dass die Ostseepopulation eine größere Wachstumsrate haben. Sowohl die Nordsee- als auch die Ostseegattung hat ihre Toleranzbereiche zwischen 19 und 40 PSU. Das Wachstumsoptimum ist bei einem Salinitätswert von 33 PSU erreicht.

 

Es ist zu beobachten, dass die Ostseegattung auch mit niedrigeren Salinitätswerten besser klar zu kommen scheint als seine Artgenossen aus der Nordsee. Auch allgemein hat die Ostseegattung bei der Vermehrung die Nase vorn. Wie oben aus der Grafik abzulesen ist, hat diese nämlich in den verschiedenen Salzgehalten immer eine größere Population entwickelt, während die Nordseegattung besonders bei den letzten vier Arten eine fast konstante Anzahl an Artvertretern vorzuweisen hat. Aus der oben gezeigten Grafik geht hervor, dass das Optimum der Thalassiosira sowohl bei der Nordsee- als auch bei der Ostseegattung bei etwa 33 PSU liegt.

 

 

 

 

Die oben stehende Grafik zeigt nun die beiden Population der Art Ditylum Brightwellii. Die zweite Grafik zeigt, dass die aus der Ostsee stammenden Algenart der Ditylum einen größeren Toleranzbereich in Hinsicht auf die Salinität besitzt.Die Gründe dafür sind dieselben wie die in der vorherigen Grafik: Genau wie Thalassiosira kommt auch Ditylum eigentlich aus der Nordsee, in der deutlich höhere Salzwerte im Wasser vorherrschen. Daher ist die ohnehin schon an salziges Wasser gewöhnte Alge sehr gut in das weniger salzige Ostseewasser anpassbar. Auch hier ist eine allgemeine, höhere Wachstumsrate zu vermerken. Der Toleranzbereich beider Arten liegt hier bei etwa 19 bis 33 PSU. Ebenso haben beide ein Wachstumsoptimum bei 33 PSU. Es ist jedoch zu beachten, dass bei der 12 PSU-Kolonie wahrscheinlich fehlerhaft gezählt wurde, denn die Toleranzkurve ist nicht, wie vorgesehen eine expotentielle Kurve, sondern eine umgangssprachlich formuliert „Zick-Zack“-förmige Linie. Bei der 40 PSU-Kolonie ist deutlich zu erkennen, dass die Nordseegattung im Wachstum stärker ist. Dies ist auf die Salzgehälter in der Nordsee zurückzuführen.

Es ist zu beobachten, dass Ditylum ein viel größeres Optimum hat, als das Thalassiosira in der Nordsee.

 

Denn man kann sehen, dass das Optimum in Bezug auf die Salinität für Ditylum zwischen 12 und 33 PSU liegt.

 

Fazit

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Kategorie: Toleranzbereich

In diesem Schlussteil möchten wir Ihnen anhand unserer Ergebnisse nun die zentrale Frage "Können sich Organismen ihrer Lebensumgebung anpassen?" bentworten. 

Die durchgführten Versuche mit den beiden Kieselalgenarten Ditylum Brightwelli und Thalassiosira Eccentrica haben durchaus gezeigt, dass selbst die kleinsten Lebewesen unseres Planeten sich an extreme Lebensbedingungen anpassen können. Wir haben untersucht, wie diese Lebewesen auf veränderte Bedingungen reagieren. Dazu haben wir Wasser mit unterschiedlichen Salinitäten versehen, um so Umweltveränderungen zu simulieren. Sprich wir haben Wasser mit verschiedenen Mengen an Salz versetzt, die Kieselalgen diesen Umgebungen ausgesetzt und die Vermehrungszahen miteinander verglichen.

Das Ergebnis war verblüffend: Sämtliche Algen konnten bei verschiedenen Salzgehältern sich verschieden stark vermehren, wobei es für jede Art spezifische Toleranzbereiche gibt, bei denen für sie eine optimale Umgebung zum Leben geschaffen wurde. 

Somit können wir auf die Frage nach der Anpassungsfähigkeit der Algen durchaus positives Feedback geben. Algen, und daraus schließend auch andere Lebewesen, können sich sehr wohl ihren Lebensräumen anpassen, auch wenn sie dafür Einbußen bei der Reproduktion hinnehmen müssen!

Wobei man auch hier erwähnen muss, dass selbst die anpassungsfähigste Alge außerhalb des Toleranzbereichs abstirbt, wie man in einigen Versuchen sehen konnte.