Meeresbiologie (Subject) / Stoffkreisläufe (Lesson)

PM3, Rostock, WS 15/16

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• Welche Rolle spielen chemoautotrophe Bakterien (Energiegewinn)? Oxidation von reduzierten, anorganischen Substanzen zur Energiegewinnung schließen Stoffkreislaufe und machen Substrat fur die Heterotrophe verfugbar Primarproduktion an Orten ohne Licht
• Woran sieht man, dass DOC von Land / aus dem Meeresboden kommt? Von Land: Flusseinträge in Küstengebieten, mehr labile Bestandteile (Acetat, Lactat) Meeresboden: Kondensationsreaktionen produzieren refraktären DOC
• DOC enthält labile Bestandteile; warum ist der Gesamtpool an DOC trotzdem refraktär und alt? labile Bestandteile (Acetat, Lactat) werden schnell umgesetzt, refraktare Bestandteile akkumulieren im Wasser (sehr lange Turnoverzeiten fur DOC in der Tiefsee) Kondensationsreaktionen bilden zusatzlich refraktaren DOC
• Wie unterscheiden sich die Anteile von DOC und POC am organischen C im Sediment von denen im freien Wasser? Wasser: bedeutend mehr DOC als POC Sediment: POC macht bis zu 90 % des Corg aus
• Welche Faktoren bestimmen mindestens, wie viel organisches Material in Sedimenten langfristig akkumuliert? Beimischung nicht reaktiver PartikelBioturbationAbbauratePrimärproduktion
• Nenne 3 Hauptmerkmale des marinen globalen C-Kreislaufs. Größte Bestände: Kalkgestein und Kerogen (refraktäres org. Mat.)deutlich weniger marine Biomasse als terrestrische, entsprechend schnellerer TurnoverPP aus der euphotischen Zone versorgt das tiefere Wasser mit POC und DOC
• Was versteht man unter Lysokline? Tiefe bei der Calciumcarbonat in Lösung geht Ca2+ + 2HCO3- <=> CaCO3 + H2O + CO2
• Was unterscheidet Aragonit von Calcit? Aragonit ist nach Calcit die haufigste Form des Calciumkarbonats Aragonit ist die dichteste Form, Calcit ist die thermodynamisch stabile Form Aragonit bildet Nadeln, Calcit bildet Rhomben oder Kristalle Aragonit-Lysokline liegt uber der von Calcit
• Über welche Wege kann Methan mikrobiologisch oxidiert werden? Chemoheterotrophe Methanoxidation vor allem mit O2anaerobe Methanoxidation
• Nenne 8 Prozesse, die im N-Kreislauf ablaufen • N-Fixierung • NOx-Assimilation • Ammonifikation • NH4+-Assimilation • NH4+-Oxidation / Nitrifikation • NO2--Oxidation • NO3--Ammonifikation, DNRA • Denitrifikation • Anammox
• Was spricht gegen, was für bakterielle N-Fixierung im Sediment, was gegen/für Fixierung im Pelagial? pro: im Sediment kein O2, welches die Nitrogenase inhibiertcon: aber wenig Energiequelle pro: viel Licht im Pelagial (Energiequelle)con: viel O2
• Was für einen Stoffwechseltyp haben Nitrifizierer meistens (1 Begriff)? Chemoautotrophie
• Nitrifizierung gibt es überall: aber welche Bedingungen müssen genau existieren? wenig Licht, kein SulfidSubstrate: Ammonium, O2
• Was ist gekoppelte Denitrifizierung; wie funktioniert sie? Wo findet sie statt? • Kopplung von Nitrifizierung und Denitrifizierung• Nitrifizierer bilden NO3- unter aeroben Bedingungen• Denitrifizierer nutzen NO3- als Substrat unter anaeroben Bedingungen• Stoffaustausch durch Diffusion• an oxisch/anoxischen Grenzflächen in Wassersäule und/oder Sediment
• Was ist Anammox? Anoxische Ammoniumoxidation NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O
• Welche beiden Hauptprozesse im N-Kreislauf müssten sich eigentlich die Waage halten? N-Fixierung und N2-Produktion (Denitrifizierung + Anammox)
• Was könnte man für die weltweite Denitrifizierung fordern, wenn die anthropogene N-Fixierung ansteigt? sie sollte ansteigen
• Nenne einen bakteriellen Prozess, der S- und C-Kreislauf verbindet, erkläre. Sulfatreduktion 2CH2O + SO42- → H2S + 2HCO3-
• Nenne einen bakteriellen Prozess, der Fe- und S-Kreislauf verbindet; erkläre... Sulfidfällung FeS entsteht (Eisen und SO42--Reduktion)
• Nenne einen bakteriellen Prozess, der O- und S-Kreislauf verbindet; erkläre... Beggiatoa alba (O, S) chemolithoautotrophe Oxidation von H2S
• Nenne einen bakteriellen Prozess, der N- und S-Kreislauf verbindet; erkläre... Thioploca chemoautotrophe Oxidation von H2S mit NO3-
• Was ist AOM? Anaerobe Oxidation von Methan
• Was ist ein Konsortium? mutualistisches Aggregat von Mikroorganismen, die sich stoffwechselphysiologisch wie ein Individuum verhalten Bps. AOM (Methanoxidierer und Sulfatreduzierer)
• Warum ist Sulfat im Vergleich zu O2 ein bedeutendes Oxidationsmittel? die Mengen an Sulfat im Meerwasser sind bedeutend größer als die von Sauerstoff
• Was ist Pyrit (Schwefelkies) und welche Rolle spielt er im S-Kreislauf? FeS2, entsteht durch Eisensulfidfallung Senke fur Schwefel und Eisen
• Wie kontrolliert Beggiatoa die H2S-Oxidation? aktive Bewegung (Chemotaxis) am O2-H2S Horizont, um die nötige Stoffe aufzunehmenhohe Umsatzraten, biologisch vermittelte Oxidation ist 100-1000x schneller als reinchemische
• Welche Rolle spielt Bewegung bei den Lebensweisen von Beggiatoa spec. und Thioploca spec.? Beggiatoa: an O2 - H2S GrenzschichtThioploca: an NO3- - H2S GrenzschichtBewegung ist nötig, um zwischen den oxischen und anoxischen Zonen zu wechseln, indenen nenötigte Redoxkomponenten vorkommen
• An welchem Prozess der Erdgeschichte erinnern banded iron formations? frühe anoxygene Photosynthese mit Eisen statt Wasser als Elektronendonator4 Fe2+ + CO2 + 4 H+ + Licht → CH2O + 4 Fe3+ + H2O
• Was prägt die Geochemie von Eisen besonders? Welches Problem ergibt sich? fällt aus wenn oxidiert → praktisch kein gelöstes Eisen im oxischen Bereich → erschwerte Aufnahme für Organismen → Eisen limitiert oft
• Weshalb liegen manganoxidhaltige Horizonte im Sediment über eisenhaltigen? Mn2+ und Fe2+ diffundieren im Porenwasser von Tiefseesedimenten an die Oberflächewobei Mangan langsamer oxidiert wird als Eisen -> wandert höher
• Wie hängt die Fe-Chemie mit der Verfügbarkeit von Phosphat zusammen? Phosphate adsorbieren besonders stark an Eisenoxide und sedimentieren mit diesen abunter anoxischen Bedingungen werden Fe2+ und PO43- wieder freigesetzt
• Welchen Vorteil hat das Pelagial von der Bioirrigation? schnellere Rückführung der Nährstoffe ins Pelagial (Bethisch-Pelagische Kopplung)
• Welchen Anteil hat die benthische Primärproduktion an der des Ozeans und wie hoch sind die Spitzenwerte? Wo kommen diese vor? Makrophyten stellen global nur 5% der benthischen PrimärproduktionMikrophytobenthos-Produktion kann ähnliche Werte erreichen wie Primärproduktion im Wassertropische Seegraswiesen: 3-5 kg C / m² yr
• Warum schwimmen bentho-pelagische Tiefseearten in die Bodennepheloidschicht hinein? bessere Nahrungsqualität aufgrund hoher mikrobieller Produktion
• Beschreiben Sie die Strategie der Aasfresser (Scavenger). Niedriger Ruhestoffwechsel in Hungerzeiten, schnelle Antwort auf Nahrungspulse Chemotaxis
• Was haben hydrothermale Quellen und Cold Seeps gemeinsam? Plattentektonischer Ursprungsehr viel Biomasse in biomassearmer Umgebungchemoautotrophe Primärproduktiongroße Organismen mit sulfidoxidierenden Endosymbiontenkurze Lebensdauer
• Was unterscheidet hydrothermale Quellen und Cold Seeps? Hydrothermalquellen Austritt von Sulfid (nicht biogen), Spreading zones, Gips: CaSO4 Cold SeepsAustritt von Methan (biogen), Subduktionszonen, Calciumcarbonat: CaCO3
• Warum ist die Bioirrigation bei Cold Seeps so wichtig? Grundlage des Schwefelkreislaufs an cold seepsSulfat wird ins Sediment transportiert → Oxidationsmittel für Konsortien zur Methanoxidation
• Was beschreibt die Schwinghammer-Kurve? natürliche Größenklassenverteilung der benthischen Organismen mit 3 Peaks: Mikro-,Meio-, Makrofauna
• Man nimmt an, dass im Süßwasser eher Phosphor und im Meer eher Stickstoff das Wachstum limitiert, warum? in SW viel Eisen durch terrestrischen Eintrag -> bindet P -> Limitation N durch Eintrag im Meer geringerer Eintrag -> weniger Eisen, mehr P und weniger N -> Limitation Phosphat adsorbiert unter oxischen Bedingungen leicht an Eisenhydroxid und fällt aus
• Phosphor gilt auch im Meer als ultimativ limitierender Nährstoff, warum? Verfügbarkeit hängt von Verwitterung von Gesteinen ab N kann dagegen fixiert werden
• Wieso setzen die anoxischen Becken der Ostsee Phosphat frei? reduzierte Bedingungen → Eisenhydroxid, an das Phosphat adsorbiert ist, wird reduziert→ Freisetzung von Eisen und Phosphat
• Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen oxygener und anoxygener Photosynthese? oxygenSauerstoff wird frei, monophyletisch, Chlorophylle, Z-Schema, PS II und I, e- Donator H2O anoxygenkein Sauerstoff wird frei, polyphyletisch, Bakteriochlorophylle, zyklisch e-, PS II oder I, e- Donator meist Sulfid oder org. Mat.
• Welche Umweltbedingungen brauchen anoxygene Phototrophe? Licht und einen reduzierten Elektronendonator (Organik, H2, Fe2+, H2S, S2O32-) brauchen keine Anoxie
• Warum wurde unter aeroben Bedingungen keine anoxygene Photosynthese erwartet? weil die dominierende Photosynthese alle reduzierten e- Donoren auf oxidiert
• Würde man erwarten, dass Bakterien, die über Proteorhodopsin Energie gewinnen, auch CO2 fixieren können? nein, da sie Energie über H+ Gradient gewinnen, nicht über eine e- Transportkette -> nicht genug Energie für CO2-Fixierungmüssten andere (nicht organische) Energiequelle nutzen konnen
• Wieso ist N2-Fixierung eisenabhängig? der Nitrogenase-Enzymkomplex benötigt Eisen-Schwefel-Cluster
• Welche Gebiete im Ozean sind oligotroph? die großen Gyren der Ozeane; warmes, altes, sehr salziges Wasser Nährstoffe verbraucht, kein Austausch mit anderem Wasser
• Warum gibt es Gyren? Wassermassen werden durch die Hauptwinde bewegt (Passat, Westerlies)Ablenkung durch Corioliskraft ergibt KreisformEkman-Transport sorgt für Nettotransport in die Mitte der Gyre
• Welche Meeresgebiete eutroph, warum? Schelfgebiete, Küsten- und äquatoriale Auftriebsgebieteküstennahe Gebiete durch anthropogenen Nährstoffeintrag Auftriebsereignisse bringen nährstoffreiches Wasser aus der Remineralisierungszone in die euphotische Zone

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