Taschenlehrbuch Biologie - Evolution - Oekologie

extrem wechselhafte Sauerstoffbedingungen
    Viele Lebensräume zeichnen sich durch extrem wechselhafte Sauerstoffbedingungen aus. Hier haben besonders solche Organismen eine Überlebenschance, die ihren Stoffwechsel entsprechend variieren können. Muscheln, Schnecken und Seepocken der Meeresküsten wechseln im Takt der Gezeiten zwischen aquatischer und terrestrischer Lebensweise. Bei hohen Verdunstungsraten an der Luft schließen sie ihre Schalen und unterbrechen damit auch die Sauerstoffversorgung. Unter solchen anoxischen Bedingungen ist die Succinatbildung der wichtigste energieliefernde Stoffwechselweg. Zur Neutralisierung der entstehenden Säuren kann Kalk aus der Schale gelöst werden.
    Larven der Zuckmücke Chironomus leben am Seeboden und können viele Wochen anaerober Zustände überdauern, sie benötigen nach der Anaerobiose eine Phase der Erholungsatmung. Die Rotfärbung ist auf Hämoglobin zurückzuführen, das die Sauerstoffaufnahme verbessert. Rote Chironomidenlarven charakterisieren überdüngte und dadurch sauerstoffarme Gewässer in Mitteleuropa.
    Bei Staunässe stellt die Sauerstoffversorgung unterirdischer Pflanzenteile ein Problem dar, denn in der Glykolyse entsteht bei Sauerstoffmangel aus Pyruvat Acetaldehyd, das weiter zu Ethanol umgewandelt wird und giftig auf Pflanzenzellen wirkt. Wurzeln müssen also eine gewisse Ethanoltoleranz aufweisen, um an solchen Standorten überleben zu können, eine Umwandlung toxischer in weniger giftige Stoffwechselprodukte ließ sich bei Pflanzen bisher nicht nachweisen. Gefäßpflanzen dieser Standorte besitzen besondere Einrichtungen, welche die Wurzeln mit Sauerstoff versorgen: Mangrovepflanzen bilden Stelzwurzeln ( Rhizophora ) oder Luftwurzeln ( Avicennia ), den Stiel der Seerose ( Nymphaea ) durchziehen Luftkanäle ( Botanik ).
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    Sauerstoffangebot: Luft: 21 Vol%, Wasser: weniger und wechselhafter.
    Biologische Bedeutung des Sauerstoffs: Ermöglicht aeroben Stoffwechsel mit hoher Energieausbeute.
    Aerobier: Oxykonformer: ohne Regulation; Oxyregulierer: mit Regulation.
    Anaerobier: Obligate Anaerobier, fakultative Anaerobier.
    Anpassungen an extrem wechselhafte Sauerstoffbedingungen: Synchroner Wechsel zwischen aerobem und anaerobem Stoffwechsel, Latenzphasen.
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2.2.5 Kohlendioxid
    Kohlendioxid liegt in der Atmosphäre mit einer Konzentration von derzeit 380 ppm vor. Durch die Verbrennung fossiler Energieträger hat sich die Konzentration von ca. 280 ppm Ende des 18. Jahrhunderts auf das heutige Niveau erhöht. Dadurch, dass CO 2 als Treibhausgas wirkt, hat diese Erhöhung zu einer deutlichen Zunahme der Temperatur auf der Erde geführt ( Siehe hier ).
Biologische Bedeutung des Kohlendioxids
    Kohlendioxid bildet die Basis zur Bildung von organischer Substanz durch Photosynthese und damit die Grundlage fast aller Nahrungsnetze. Nur an marinen Hydrothermalquellen unterhalb der photischen Zone existieren Lebensgemeinschaften, die nicht auf pflanzlicher Primärproduktion basieren, sondern auf chemoautotrophen Bakterien. Die Bindung von CO 2 erfolgt durch Pflanzen über Enzyme, wodurch der Kohlenstoff in organische Form überführt wird. Inwieweit CO 2 als Ressource pflanzliches Wachstum in natürlichen Lebensgemeinschaften reguliert, ist nicht sicher geklärt. Ob CO 2 als limitierende Ressource fungiert hängt von der Verfügbarkeit anderer Ressourcen ab. Die pflanzliche Primärproduktion in terrestrischen Lebensräumen wird vor allem durch die Verfügbarkeit von Wasser und Stickstoff begrenzt, in aquatischen Lebensräumen dagegen vor allem durch die Verfügbarkeit von Phosphor ( Siehe hier ). Auf landwirtschaftlichen Flächen, auf denen die Bedeutung natürlicher limitierender Faktoren durch Düngung und Bewässerung verringert wird, führt dagegen eine Erhöhung der CO 2 -Konzentration auch zu erhöhter Primärproduktion. In Gewächshäusern wird zur Steigerung pflanzlichen Wachstums die CO 2 -Konzentration in der Luft oft erhöht.
C 3 -, C 4 - und CAM-Pflanzen
    Die primäre Bindung von CO 2 bei der Photosynthese erfolgt entweder über das Enzym Ribulose-1,5-biphosphat-Carboxylase (Rubisco) oder über Phosphoenolpyruvat (PEP)-Carboxylase. In ersterem Fall entsteht dabei eine C 3 -Säure (Phosphoglycerinsäure; C 3 -Pflanzen), in letzterem eine C 4 -Säure (Malat, Aspartat; C 4 -Pflanzen, Botanik ). Rubisco und PEP-Carboxylase unterscheiden sich dabei stark in ihrer Affinität für CO 2 : PEP-Carboxylase bindet CO 2 wesentlich effizienter als Rubisco. Im