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Meeresbiologie (Subject) / biol105 (Lesson)

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• Durchschnittlicher Salzgehalt der Ozeane und beeinflussende Faktoren Durchschnittlicher Salzgehalt: 35 Promille (Rotes Meer: 4-10%)Beeinflussende Faktoren: Verdunstung, Ablagerungen, Strömungen
• Vertikalbewegungen des Wassers upwelling = kaltes Tiefenwasser steigt nach oben -> Nährstoffe an die Oberflächedownwelling = warmes Oberflächenwasser sinkt nach unten -> bringt gelösten Sauerstoff nach unten
• Gelöste Gase im Ozean O2 löst sich schwer im Ozean (100x mehr gasförmiges O2 in der Luft) CO2 löst sich einfacher im Ozean (60x mehr CO2 im Ozean, als in der Luft)
• Ionen-Zusammensetzung Seewasser 30,5% Na55,2% Cl3,7% Mg7,7% S1,1% Ca0,2% Br1,1% K
• Lebensklassen Plankton: treibende Organismen, können nicht aktiv ‚schwimmen‘Nekton: aktive SchwimmerBenthos: am oder im Boden lebende OrganismenManche Organismen wechseln im Laufe des Lebens z.B. zw. benthisch und pelagisch
• Lichtzonen Lichtzone (0-100 m)"Twilight"-Zone (100-450 m)Dunkelzone (ab 450 m)Photosynthese nur von 0-100 mLicht bei manchen Spezies als Brut-Auslöser
• Mikroben im Ozean Zellzahlen 8 x 106 Zellen/ml – Oberfläche1 x 106 Zellen/ml - in 1.000 m TiefeCa. 105 Zellen/ml – Tiefsee105 – 109 Zellen/ml – sandiges Sediment1010 – 1011 Zellen/ml – schlammiges Sediment
• Absolute Biomasse der Mikroben im Ozean 100 Millionen Tonnen
• Zählmethoden der Mikroben Gesamtzellzahl: lebende und tote ZellenBestimmt durch:Auszählen im MikroskopAuszählen mit geeichter ZählkammerPartikel werden oft mitgezählt -> Fluoreszenz-Methoden Lebendzellzahl Bakterien, die sich (auf entsprechendem Agar) reproduzieren könnenNur KoloniebildnerBestimmt durch:Erstellen von VerdünnungsreihenAusplattieren auf AgarplattenKoch’sches PlattengussverfahrenOft zu wenige gezählt: Selektivität Kulturmedium, nicht alle metabolisch aktiv
• Leben unter Extrembedingungen Mangel wichtiger Grundvoraussetzungen zum Leben Wasser, NährstoffeExtreme Werte physikochemischer Umweltparameter Temperatur, pH, Salzkonzentration, DruckHohe Konzentrationen giftiger Stoffe z.B. SchwermetalleExtreme Lebensräume: Polareis – Psychrophilie (Optimum bei 4 °C)Heiße Quellen – (Hyper-)Thermophylie (sehr spät denaturierende Proteine, Optimum bei 88/106 °C)Salz- und Sodaseen, Salinen – Halophilie (bis zu >15% NaCl)Saure Bergwerkswässer – AcidophilieTiefsee
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• Was bedeutet Nekton? Bewohner des freien WassersFortbewegung unabhängig von Verdriftung durch StrömungenSchwimmgeschwindigkeit > Strömungsgeschwindigkeit
• Marines Nekton Kopffüßer – Cephalopoden Marine Reptilien (Seeschildkröten) Marine Säugetiere Fische
• Kopffüßer - Cephalopoda 3 Hauptgruppen: AmmonitenBactritenTintenfische (hauptsächlich Sepien, Kalmare, Kraken)- Gehören zu den Molluscen- Benthische (Octopus vulgaris) als auch pelagische (Sepien, Kalmare [10 Arme, 2 davon  Beutefangarme]) Lebensweise- Die größten lebenden Weichtiere- Radius v. Pigmentkörpern kann bis 7-fach vergrößert werden-> Farbwechsel -> Tarnung, Paarungsverhalten- Einjähriger Lebenszyklus vieler Cephalopoden ->Eistränge -> planktische Schlüpflinge -> Jungtier -> adulte Form- Hohe Wachstumsraten
• Marine Reptilien (Seeschildkröten) - 7 Arten- Weite Wanderungen zw. Nistplatz – Nahrungsgrund- Eiablage an subtropischen/tropischen Stränden- Ausgangspopulationen auf <10% geschrumpft- Karettschildkröte (Caretta caretta): Adulte fressen Quallen, juvenile Zooplankton; Wanderungen >10.000 km; Standorttreue der Eiablage
• Marine Säugetiere Sirenen: Fam. Dugongs (Gabelschwanzseekuh, Ind. Ozean/Westpazifik)Fam. Manatees (Rundschwanzseekühe, Karibik) Robben und Seehunde: Hundsrobben (20 Arten)Ohrenrobben (~16 Arten)Walrosse (1 Art) Wale und Delphine (Cetacea): Viele Walarten leben sehr lange -> Nordkaper 130 Jahre alte Harpune im KörperBartenwale (15 Arten): Komplexer Beutefang beim Buckelwal: Blasenvorhang konzentriert Beute; Wal steigt von unten mit offenem Maul nach obenZahlwale (75 Arten): Echoortung für die Jagd essentiell
• Rundmäuler Schleimaale (Myxini): Marine Benthosfresser, bis 1500 mNur eine chorda dorsalis Neunaugen (Petromyzonta): Carnivor, bohren in anderen Fischen
• Knorpelfische - Relativ wenige Eier, späte Geschlechtsreife, teils lebendgebährend- Hohe Harnstoffkonzentration im Blut: Körpermedium nahezu iso- oder hypo-osmotisch mit Meerwasser- Erste Gruppe mit Kiefer- Primäres Kiefergelenk aus 3. Kiemenbogen, sekundäres aus 4. Kiemenbogen Sinnesorgane: - Seitenlinienorgan: Druck- und Strömungsfelder- Lorenzini-Ampullen: Wahrnehmung elektrischer Signale 760 Arten aus drei Gruppen: HaieRochenChimären Größte Fische: Wal-, dann Riesenhai -> Filtrierer (konvergente Evolution mit Bartenwalen)
• Knochenfische Skelett vollkommen/teilweise verknöchertArtenreichste Klasse unter WirbeltierenOft externe Befruchtung, hohe EizahlenTeils ohne Schwimmblase 2 Gruppen: StrahlenflosserFleischflosser (fossile Verwandtschaft => Vorfahr Landwirbeltiere)
• Biolumineszenz als Anpassung - durch assoziierte Bakterien- Körpereigene Leuchtorgane - Luciferin + O2 -> Oxiluciferin + Licht (Luciferase (+ATP) = Katalysator)- Beute anlocken oder lokalisieren – Tiefseeanglerfisch (Melanocetus johnsonii)- Tarnung gegen helle Wasseroberfl. – mesopelagischer Fisch (Argyroplelecus)
• Anpassung an hohe Drücke - in 1.000 m: 100 bar = 100 kg/cm2- Reduktion oder Abschaffen der Schwimmblase ab 3.000 m- Redukt. v. Hartgewebe/Knochen, Einlagerung von Fetten/Ölen- Modifikation v. Proteinen & Enzymen
• Mögl. Anpassungen an Polarregionen - Glykoproteine im Blutt = Frostschutzsubstanz- Degeneration d. Hämoglobins- Verlust v. Hämoglobin & roter BK
• Ostsee Eigenschaften - Randmeer mit Brackwasser- Keine marinen Reptilien, Cephalopoden, Knorpelfische, wenige marine Säugetiere (Schweinswal, Seehund, Ringelrobbe)Ursache: Süßwassereinstrom skandinavische Flüsse > Verdunstung- Süßeres Wasser ‚schwimmt‘ auf salzigerem Tiefenwasser
• Biodiversität in der Ostsee - Meeresfische: Hering, Dorsch- Süßwasserfische: Hecht, Flußbarsch- 3 Arten ökologisch/kommerziell wichtig: Dorsch frisst Hering & Sprotte; Hering & Sprotte fressen Ruderfußkrebs- Dorsch braucht salziges Wasser zum laichen -> Eier schweben sonst nicht- Immer seltener richtige Kombination v. O2- und Salinitätsbedingungen für DorschbrutSprotte frisst DorscheierSprotte gewinnt!
• Status weltweiter Fischbestände Nicht genutzt: 4%Mäßig genutzt: 21%Voll genutzt: 47%Kritischer Zustand: 28%Übernutzung bewegt sich vom Land ins Meer -> große Landtiere schon fast ausgerottet
• ‚Fishing down marine food webs‘ Höchste Trophiestufe als erstes befischtSobald diese kritisch -> mit absteigender Trophiestufe weiter
• Fischerei Folgen und Probleme - Cephalopoden ersetzen Fische- Fischerei zerstört Habitate des Meeresbodens- Anthropogene Selektion: größenselektive Fischerei: Nur die großen werden gefangen; Größe & Wachstumsraten jedoch erblich ->Fischereiinduzierte Evolution; Fische werden kleiner!- Häufig Populationszusammenbrüche durch Fischerei
• Stellung d. Knochenfische im Nahrungsnetz - Wenige Herbivore, da Primärproduktion hauptsächlich durch Phytoplankton erfolgt- Zooplankton Zwischenstufe vor Fischen- Mittlere bis höchste Trophiestufe oft durch Knochen-/Knorpelfische
• Benthische Fische des Kontinentalschelfes Dorschartige (Gadidae): Schellfisch, Dorsch, Alaska-Seelachs (Köhler)3 Rückenflossen, eine KinnbartelAdulte auch piscivor (Fischfresser)Größte wirtschaftl. Bedeutung Heilbutt, Scholle: Larven bilateralsymmetrischAuge wandert sekundär während Ontogenie nach links/rechts
• Trophische Kaskade (mit Beispiel) Über Nahrungskette vermittelte Veränderung der Prod. eines Ökosystems durch Einfluss der Räuber auf Herbivore Bsp.: Mensch überfischt Orca-Nahrung (Seeotter) -> Seeotter frisst keine Seeigel mehr -> zahlreiche Seeigel fressen Braunalgen -> Braunalgenwald verschwindet
• Schwämme (Porifera) - Adulte: radiärsymmetrisch oder asymmetrisch- Larvenstadien mobil, Adulte sessil- Oft totipotente Zellen- Teils Skelett-Elemente vorhanden (aus Calciumcarbonat, Siliciumdioxid, Collagen-Fasern) Choanocyten: - Kragengeißelzellen- Schlagen der Geißel erzeugt Wasserstrom- Filtrieren kleiner Nahrungspartikel- Verdauen Nahrung -> wandeln sich zu Nährzellen -> versorgen andere Zellen- Sitzen um innere Hohlräume (Geißelkammern) herum
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• Nesseltiere (Cnidaria) allgemein - Echte Gewebe & Organe- Radiärsymmetrisch- 2 Zellschichten: Ectodermis, Entodermis (dazwischen Mesogloea)- Teils parasitär- Oft Generationswechsel (zw. ungeschlechtlich & geschlechtlich)- Oft ‚unsterblich‘
• Nesselkapseln (Cniden) bei Cnidaria - Liegen in Epidermis- Enthalten spiralig aufgewickelten Nesselfaden- Berührungsreize -> explosiver Ausstoß -> injiziert hochtoxische Stoffe (lethal/lähmend)- Beschleunigung: 5 Millionen g- Treiber: Coloumbexplosion -> schnelle Entladung -> Protonen verlassen die Kapsel -> pH-Anstieg -> Ladung der Säuregruppen v. poly-Glutaminsäuren -> stoßen sich gegenseitig ab -> Boom
• Weichtiere (Mollusca) allgemein - Bilateralsymmetrie- 4 Abschnitte: vorderer Kopf, muskulöser Fuß, Eingeweidesack, Mantel (scheidet oft Exoskelett ab)- Leibeshöhle = offenes Zirkulationssystem- Coelom = sek. Leibeshöhle- Mantel = dicke epidermale-cuticuläre Hautschicht -> formt Mantelhöhle- Radula = Raspel- oder Reibzunge- Ctenidien = paarige Fiederkiemen innerhalb Mantelhöhle- Große, komplexe Metanephridien = ‚Nieren‘
• Ringelwürmer (Annelida) allgemein - Bilateralsymmetrische, segmentierte Würmer- Vollständiger Verdauungstrakt- Geschlossenes Zirkulationssystem- Zentralnervensystem gut ausgebildet – dorsales Cerebralganglion + Ganglien paarig i.d. Segmenten- Meist Metanephridien oder seltener Protonephridien- Marine, terrestrische und Süßwasser-Artenz.B. Vielborster (Polychaeta)
• Gliederfüßer (Arthropoda) allgemein - Bilateralsymmetrisch, segmentiert- Exoskelett (Cuticula) von Epidermis nach außen abgeschieden -> Häutungswachstum- 1 Paar Extremitäten an jedem Segment- Offenes zirkulatorisches Hämolymphsystem, dorsales Herz mit lateralen Ostien (Blutrückführung)- Geschlossene Metanephridien- NS wie bei Anneliden- Hautatmung (-> Kiemen)
• Stachelhäuter (Echinodermata - Pentaradiärsymmetrie- Keine Ausscheidungsorgane- NS normalerweise Nervennetz/-ring + radiäre Nerven Ambulacralsystem: - Ringkanal um den Darm sowie in die Radien führenden Ambulacralkanäle- Nahrungserwerb, Fortbewegung, Gasaustausch, Exkretion, Osmoregulation- Verb. der Madreporenplatte über Kanal- Pedicellarien – kleine Greiforgane aus Mesenchym -> Putzorgan
• Manteltiere (Tunicata) allgemein - Sessil oder planktonisch- Sekundärlarve mit Gehirn, Augen, Chorda- Mantel aus Tunicin (~Cellulose)- Röhrenherz mit sich umkehrender Peristaltik- Kiemendarm mit feinmaschigem Schleimnetz (1 µ – Maschen)
• Warum gibt es noch Miesmuscheln? 1. Räuber-Sättigung durch erheblichen Austern-Rückgang2. Saisonaler Befreiung durch Krabben-Prädation im Herbst/Winter: temporärer Schutz3. Flucht durch Wuchs in räuberfreien Zeit (bis zu 4 cm bis Januar!)4. Überlagerung bei hohen Räuber-Dichten5. Einstellung der Räuber-Beute-Interaktion durch Epibionten
• Ostsee-Klimawechsel - Menschlicher Druck -> CO2-Anstieg -> Globale Erwärmung -> Versauerung- Eisbedeckung wird dünner und hält kürzer- Niederschlags-Änderungen: es wird nasser- Große Einfluss-Ereignisse werden seltener- Es wird nicht stürmischer- Selten direkt tödliche Effekte- Stressfaktoren: Licht, Erwärmung, Salzgehalt, pH-Wert, InvasionenÄnderungen v. biotischen Interaktionen -> Gesellschaftsreorganisationen
• Ozeanversauerung - Ozeane absorbieren ¼ des anthropogenen CO2- Weitere CO2 Emissionen = fortschreitende Versauerung: Ozeane absorbieren tägl. 24 Mio. t CO2, Versauerung seit 1850 um 30% gestiegen (hauptsächlich während der letzten 40 Jahre)- Ozeanversauerung bereits heute messbar- Aktuell erdgeschichtlich einmalig- Polarmeere werden korrosiv für Kalk innerhalb der nächsten Dekaden- Ökosysteme werden sich verändern- Gebiete mit nat. CO2 Quellen bestätigen die Prognose

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