4 - Koexistenz etc. an der LMU München

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Wie zapfen pflanzliche Parasiten ihre Wirtspflanze an?

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Pflanzliche Parasiten

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Parasiten

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Saftmale an den Blüten einer Rosskastanie

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Mykorrhizatypen

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Mykorrhiza

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Symbiotische N-Fixierer

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Flechten

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Symbiose, Mutualismus

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Gegenseitige Förderung


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Facilitation kann in Konkurrenzverhältnis umschlagen

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Einseitige Förderung im Verlauf von Sukzession:

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4 - Koexistenz etc.

Wie zapfen pflanzliche Parasiten ihre Wirtspflanze an?

Hemiparasiten: Xylem: Kurztrachee im Haustorium der Mistel mit offener Verbindung mit Trachee des Wirtes verbunden

Holoparasiten: Phloem: Suchhyphen des Parasiten suchen Anschluss an das Phloem

4 - Koexistenz etc.

Pflanzliche Parasiten

Hemiparasiten (Halbparasiten): betreiben selbst Photosynthese, beziehen vom Wirt Wasser und Mineralstoffe (durch zu Saugorganen [Haustorien] umgebildete Wurzel- oder Sprossabschnitte);
Beispiele: Wachtelweizen (Melampyrum), Klappertopf (Rhinanthus), Mistel (Viscum)

Holoparasiten (Vollparasiten):
betreiben selbst keine Photosynthese (chlorophyllfrei!), beziehen vom Wirt Wasser, Mineralstoffe und organische Stoffe;
Beispiele: Teufelszwirn bzw. Nessel-Seide (Cuscuta europaea), Sommerwurz (Orobanche).

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Parasiten

  • nutzen ihre Wirte als Habitat,
  • befallen in ihrem Lebenszyklus meist nur einen oder wenige Wirte,
  • sind in der parasitischen Phase ihres Lebenszyklus‘ obligatorisch von der Synthese mindestens eines essenziellen Nährstoffs durch den Wirt abhängig,
  • schädigen ihre Wirte (aber töten sie nicht zwangsläufig).
  • Ein großer Teil aller Lebewesen lebt parasitisch;
  • alle Arten können Parasiten haben;
  • energetischer Vorteil: hohe Reproduktionsrate (gesicherte Nährstoffversorgung macht Anlage von Nahrungsreserven überflüssig, dadurch mehr Energie für Fortpflanzung verfügbar; viele Nachkommen erhöhen Chance der Wirtsfindung).

4 - Koexistenz etc.

Saftmale an den Blüten einer Rosskastanie

Wenn Blüten nach Bestäubung keinen Nektar mehr produzieren: Verfärbung der Saftmale von gelb nach rot (→ keine Signalwirkung mehr für Bienen).

Farbwechsel hat für beide Mutualismuspartner Vorteile, 

  •  Baum „lenkt“ die Bestäuber auf noch nicht bestäubte Blüten, was die Bestäubungswahrscheinlichkeit erhöht,
  • Bestäuber können zielgerichtet noch unbestäubte Blüten anfliegen, die Nektar produzieren, und setzen keine unnötige Energie beim Anfliegen bereits bestäubter Blüten um.

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Mykorrhizatypen

  •  Insbesondere bei Bäumen der klimatisch gemäßigten Zonen überwiegt die Ektomykorrhiza. 
  • Die Ektendomykorrhiza stellt einen Übergang von der Ekto- zur Endomykorrhiza dar, bei der die Pilzhyphen in die Zellen der Wurzelrinde eindringen.
  •  Der global häufigste Mykorrhizatyp ist die vesikulär-arbuskuläre oder VA-Mykorrhiza. Sie ist auch bei Gräsern und krautigen Pflanzen gemäßigter Zonen weit verbreitet. Der Name stammt von den Strukturen, die die Hyphen in der Wurzelzelle ausbilden. Der Stoffaustausch zwischen Hyphe und Wurzelzelle erfolgt über den Arbuskel. 
  • Orchideen-Mykorrhiza: Dabei dringen die Pilzhyphen in die Zellen der äußeren Wurzelrinde ein, wo der Stoffaustausch erfolgt, werden aber bei einem Versuch des Eindringens in die Zellen der inneren Wurzelrinde von den Wurzelzellen attackiert und abgebaut.
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Mykorrhiza

  • wörtlich übersetzt: „Pilzwurzel“ –>keinen spezifischen Organismus wie z. B. eine Pilzart, sondern enge Lebensgemeinschaft zwischen Pilz und Pflanze. 
  • Der Pilz liefert Mineralstoffe (vor allem Stickstoff und Phosphor) an die Pflanze, der Pilz erhält dafür Kohlenhydrate von der Pflanze. In der Regel hat die Mykorrhiza für den daran beteiligten Pilz eine größere Bedeutung als für die beteiligte Pflanze.
  • Mykorrhiza spielt bedeutende Rolle in allen terrestrischen Ökosystemen
  •  von geringer Bedeutung nur in sehr kalten oder ariden Lebensräumen;
  • Pilzpartner: vor allem Asco- und Basidiomyceten, aber auch Zygomyceten;
  • bedeutsam für N- und P-Versorgung; evtl. auch Schutz vor Pathogenen.

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Symbiotische N-Fixierer

Fixierung von Luftstickstoff (N2) nur durch Bakterien (19 Familien, davon 8 Cyanobakterien-Familien):

  • Cyanobakterien: Gattungen Anabaena, Nostoc,
  • Bakterien: Gattung Rhizobium und verwandte Gattungen: Azosporillum (mit Poaceen), Gattung Frankia (Symbiose mit Erlen);
  • bei allen N2-fixierenden Bakterien (und sonst nirgends): Enzym Nitrogenase: N2 → NH3 (sehr energieaufwändig);
  • Nitrogenase ist empfindlich gegen Sauerstoff → Abschirmung nötig: Cyanobakterium Anabaena azollae, N2-Fixierer; frei lebend & in Symbiose mit tropischem Wasserfarn der Gattung Azolla

Fixierung von Luftstickstoff (N2) kann nur von manchen Arten von Bakterien bewerkstelligt werden nicht von anderen Lebewesen wie Pilzen, Algen oder Mykorrhizapilze.

in den Heterozysten, in denen N2 fixiert wird, findet keine Photosynthese und damit keine Freisetzung von O2 statt.

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Flechten

  • Zusammenleben zwischen (autotrophen) Grünalgen bzw. Cyanobakterien und (heterotrophen) Pilzen;
  • Flechtenpilze kommen außerhalb der Flechten nicht frei lebend vor;
  • Algen können sich nicht mehr generativ fortpflanzen;
  • austrocknungsresistente Besiedler von Extremstandorten sehr resistent gegen Hitze (bis 70 °C) und Kälte (bis –196 °C);
  • sehr langsames Wachstum (Durchmesserzuwachs oft nur wenige mm pro Jahr), aber z.T. hohes Alter (manche Krustenflechten: > 100 Jahre).

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Symbiose, Mutualismus

Symbiose = „Zusammenleben ungleichnamiger Organismen“ (De Bary 1879).

Im deutschen Sprachgebrauch:

Symbiose = Zusammenwirken zweier Organismen mit Vorteilen für beide Seiten

Eu-Symbiose (= Mutualismus) = Symbiose mit obligatem Zusammenleben.

Beispiele für Eu-Symbiosen: Flechten, symbiotische N-Fixierer, Mykorrhiza.

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Gegenseitige Förderung


Zwei Arten, die um dieselbe Ressource konkurrieren, bauen eine beidseitig vorteilhafte Beziehung auf:

pelagische Raubfische (z.B. Rotmeer-Leopard-Zackenbarsch) und Höhlen bewohnende Raubfische in einem Korallenriff (z.B. Riesenmuräne) profitieren von den jeweils in Gegenrichtung verlaufenden Fluchtbewegungen der Beutefische

4 - Koexistenz etc.

Facilitation kann in Konkurrenzverhältnis umschlagen

Saguaro-Kaktus (Carnegiea gigantea) keimt und wächst unter dem Palo-Verde-Baum (Parkinsonia microphylla, Fabaceae); wachsender Saguaro konkurriert später mit Palo-verde-Baum um Wasser und verdrängt diesen.

4 - Koexistenz etc.

Einseitige Förderung im Verlauf von Sukzession:

facilitation (Begünstigung)

Umfassendere Definition von facilitation:
förderliche Wirkung einer Art auf eine andere (z.B. bei „Ammenpflanzen“ [nurse plants]).

Polsterpflanze Plantago rigida (Ecuador) schützt als Ammenpflanze (nurse plant) in der Hochlandsteppe Ecuadors die empfindliche Castilleja pumila (Scrophulariaceae; „Polstergast“).

  • Erstbesiedler verändern Standortbedingungen
    (z.B. durch Humusbildung) 
  • Ansiedlung anspruchsvollerer Arten wird gefördert;
  • Beispiel: Erstansiedlung von Flechten auf nacktem Fels –> krautige Arten, Gräser.

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