PlanktonPlankton

Grundkurs Grundkurs -- Ökologie SS 2005Ökologie SS 2005PLANKTONPLANKTON

PlanktonVictor Hensen

Viktor Hensen (1835-1924)prägte 1887 den Begriff „Plankton“.

Gr. Plagktos = umherschweifend

Alle Organismen, die im Freiwasser (Pelagial) leben und deren Eigen-bewegungen 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.

PlanktonLebensräume

Pelagial: Lebensraum von Plankton (Algen, Daphnien, Rädertierchen)

und Nekton (Fische)

Benthal: Lebensraum des Benthos (z.B. Flohkrebse, Würmer)

PlanktonKomp-Ebene Einteilung nach Lichtintensität

KompensationsebeneBrutto-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.

PlanktonSchichtung Einteilung nach der Temperaturschichtung

Schichtung des Wasserkörpers im Sommer

PlanktonZusammensetzungZusammensetzung des Planktons

Unterschiedliche Organismen-

gruppen.

Einzeller (Protozoen) und Mehrzeller (Metazoen).

pflanzliche, tierische und mikrobielle Organismen.

PlanktonEinteilungEinteilung 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)

PlanktonGrößenklassen 1Plankton: Größenklassen

Femtoplankton 0,2 µm Viren, Phagen

Picoplankton 0,2 µm 2 µm Bakterien, kl. Phytopl., Protozoen

Nanoplankton 2 µm 20 µm Phytoplankter, Protozoen, gr. Bak.

PlanktonGrößenklassen 2Plankton: Größenklassen

Mikroplankton 20 µm 200 µm große Phytoplankter u. Protozoen,kleine Metazoen (z.B. Rotatorien)

Mesoplankton 200 µm 2 mm größte Einzeller, Phytoplankton-kolonien, viele Metazoen

Volvox spec.(200-2000 µm)

Bosmina spec.(bis über 1000 µm)

PlanktonGrößenklassen 3Plankton: Größenklassen

Makroplankton 2 mm 2 cm extrem große Phytoplanktonkol.gr. pelagische Crustaceen (Krill)

Megaplankton über 2 cm größte Zooplankter (z.B. Quallen)

Daphnia spec. (bis über 2000 µm) Euphausia superba (über 6 cm)

PlanktonHoloplankton 1Plankton: Lebenszyklen - Holoplankton

Nauplius-Stadien

Copepodid-Stadien

AdultusEi

Alle Stadien des Lebenszyklus werden im Pelagial verbracht.

Copepoda

PlanktonHoloplankton 3Plankton: Lebenszyklen - Holoplankton

Cladocera: Keine Larvenstadien.

Schlupf aus Dauereiern während der ersten Planktonblüte.

Parthenogenetische und sexuelle Fortflanzung (Heterogonie)

PlanktonMeroplankton 1Plankton: Lebenszyklen - Meroplankton

Mindestens ein Lebenszyklusstadium nicht planktonisch

BüschelmückeChaoborus 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

PlanktonMeroplankton 2aPlankton: Lebenszyklen - Meroplankton

2-4 cm große Süßwasser-Muschel (Flüsse und Seen). Oft massenhaft in großen Kolonien.

Etwa 1830 von Südost-nach Mitteleuropa eingewandert.

Wandermuschel(Dreissena polymorpha)

Nach Nordamerika verschleppt.

„Wandermuschel“, weil sie mit ihrer freischwimmenden Larve schnell neue Lebensräume besiedeln können.

PlanktonMeroplankton 2bPlankton: 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

PlanktonBakterioplanktonPlankton: Funktion – Destruenten/Reduzenten

BakterioplanktonPlanktische 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 DNA-Fluoreszenzfarbstoff DAPI und angeregt mit UV-Licht.

PlanktonMykoplanktonPlankton: Funktion – Destruenten/Reduzenten

MykoplanktonPlanktische 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)

PlanktonPhytoplanktonPlankton: Phytoplankton - Produzenten

Alle autotrophen Planktonorganismen, die Photosynthese betreiben.

6 CO2 +6 H2O 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.

PlanktonBlaualgenPhytoplankton: Blaualgen (Cyanobakterien)

Trotz prokaryotischer Zellorganisation fast alle Lebensformtypen des Phytoplanktons. Microcystis spec.

Synechococcus spec.

Einzellig

Fädig

Kolonien

N-Fixierung !

Gasvakuolen

PlanktonKieselalgenPhytoplankton: Kieselalgen (Diatomeen)Einlagerungen von Kieselsäure in den Zellwänden, stets einzellig

2 Ordnungen: Pennales u. Centrales

Vermehrung durch Zweiteilung

Hypotheke wird neu gebildet

Tabellaria spec.

Asterionella formosa

Dadurch werden die Zellen immer kleiner.

Bei einer kritischen minimalen Größe sexuelle Fortpflanzung.

PlanktonGrünalgenPhytoplankton: Grünalgen (Chlorophyta)Stammesgeschichtlicher Ausgangspunkt der höheren Pflanzen.

Alle Organisationsstufen, 8000 ArtenVolvox spec.

Chlorococcum spec.

Scenedesmus spec.

PlanktonPhytoflagellatenPhytoflagellaten (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

PlanktonZooplanktonZooplankton (Konsumenten)

Betreiben keine PhotosyntheseErnähren sich von anderen Organismen.

Herbivore, onmivore und carnivoreZooplankter

Assimilation organischer Substanz

O2-Verbrauch

N-Freisetzung

Komplexe Fraßbeziehungen

-> Nahrungsnetz

PlanktonRädertierchenZooplankton: Rädertierchen (Rotatoria)

Lecane spec.ca. 200 µm

Räderorgan erzeugt Wasserwirbel

Ernährung

Fortbewegung

Kaumagen

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.

Cladocera 1Zooplankton: Cladocera (Wasserflöhe)

(1 – 6 mm)

Carapax zweiklappigLimnisch, nur wenige marine Arten

Cladocera 2

Durchsichtig und farblosLanger Schwanzstiel

Weibchen ohne Stachel

Räuber von Cladocerenund Copepoden

(1 – 6 mm)

Bythotrephes spec.(bis 10 mm)

Zooplankton: Cladocera (Wasserflöhe)

Cyclopoidea

Zooplankton: Copepoda (Cyclopoida)

Macrocyclops albidus(um 2,5 mm)

1. Antennen dienen der FortbewegungWeibchen mit Eiballen

PlanktonIchtyoplankton Ichtyoplankton (Fischeier und -larven)

(10 - 30 mm)

Dottersacklarven

Temporäres AuftretenRäuber von Cladoceren und Copepoden

Nahrungsspektrum verändert sich rasch mit der Zunahme der Körpergröße

TrophodynamikTrophische Interaktionen (Nahrungsnetze)

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

Phytoplankton

HerbivoresZooplankton

CarnivoresZooplankton

Raubfische

Bakterien / Pilze

PlanktonNahrungsnetz

End-konsumenten

Sekundär-konsumenten

Primär-konsumenten

Primär-produzenten

Destruenten

PlanktonVertikalwanderungVertikalwanderung

Manche Zooplankter(Daphnien, Copepoden)

Fraßvermeidung

Metabolische Vorteile

Im Meer:Nordischer KrillFlügelschnecken

PlanktonCyclomorphoseCyclomorphose

Daphnia cocculataFoto: C. Laforsch

Jahreszeitliche Form-veränderung einer Art (z.B. Daphnien)

Ausbildung von Dornen, Buckeln oder Helmen

Fraßvermeidung

Jahresgang PhytolanktonPlanktonJahresgang

Die saisonale Abfolge der Planktonentwicklung wird bedingt durch die Gegenläufigkeit von Lichtintensität und Nährstoffverteilung.

Winter: Lichtmangel und niedrige Temperaturen verhindern AlgenwachstumFrühjahr: Anstieg der Lichteinstrahlung führt zu Blüte und NährstoffzehrungSommer: Nährstoffminderung durch Umlagerung und SedimentationHerbst: Nährstoff-Freisetzung nach vertikaler Durchmischung

PlanktonFrühjahrsblüte Frühjahrsblüte

Algenwachstum wird von Nährstoff-ressourcen und Temperatur begrenzt.

Kieselalgen dominieren zunächst

Verdrängung durch andere Phyto-plankter durch Silikat-Limitierung.

Zooplankton folgt dem Phytoplanktonmit Verzögerung. Zunächst kleine, dann größere Zooplankter.

PlanktonSommerstagnationSommerstagnation

Frühjahrsmaximum wird durch Grazing und Sedimentation abgebaut.

Nährstoffpool erlaubt nur geringes Phytoplankton-Wachstum.

Überwiegend Pico- und Nanoplankter.

Nährstoffquelle hauptsächlich durch Exkretion der Zooplankter.

PlanktonHerbstzirkulationHerbstzirkulation

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

PlanktonWinterstagnationWinterstagnation

Niedrige Temperaturen und geringe Lichteinstrahlung verhindern Wachstum.

Mineralisierung von organischen Stoffen am Seegrund.

Wasser wird mit Nährstoffen, Mineralien und CO2 angereichert.

PlanktonKlarwasserstadiumEutrophe Systeme

Klarwasserstadium:

Intensive Frühjahrsblüte

Schnelle Entfaltung des Zooplanktons

Zusammenbruch des Phytoplanktonsdurch Grazing.

Hungerbedingungen für Zooplankter

Sommermaximum:

Genügend Nährstoffe

Kontinuierliches Algenwachstum

Blaualgenblüte:

Bei N-Limitierung

PlanktonJungforscher