2.1.3

Biotische Faktoren

  Parasitismus - Mistel, Würmer

  • Parasitismus (Mistel, Würmer)
  • Symbiose (Flechten, Wurzelknöllchenbakterien)
  • Zusammenfassende Bemerkungen; ökologische Nische

Parasitismus

Es gibt nicht nur tierische Parasiten wie die Blattlaus oder Parasiten die Parasiten befallen, wie der Pilz, der Blattläuse parasitiert sondern auch Pflanzen, die andere Pflanzen benutzen, um leben zu können. Ein berühmtes Beispiel ist die Mistel (in Europa Viscum album). Sie ist einerseits in die europäische Literatur eingegangen (siehe rechts ), andereseits schwören weltweit viele Menschen auf die Wirkung ihrer Extrakte. Wie oft gibt es auch hier Dichtung und Wahrheit, was die internationale Forschung über die Wirkung der Mistelinhaltsstoffe erahnen läßt.

Wir wollen uns die Lebensweise dieser Pflanze genauer ansehen.

In Abb. 44 sind Zweige von Viscum album zu sehen. Misteln sind immergrüne, blühende, giftige, parasitische Pflanzen, die auf Baumzweigen leben, wo sie kugelförmige Büsche von 0,50 - 1,50 m Durchmesser bilden. Man findet die Mistel auf fast allen Laubbäumen, bevorzugt mit weicher Rinde. Sie sind selten an Eichen und Birnbäumen. In manchen Gebieten (z.B. westliche USA) verursachen Misteln größere Schäden als alle anderen Schädlinge.

Erinnern wir uns: alle Lebewesen benötigen:

  • eine Energiequelle
  • Wasser
  • Nährstoffe.

Grüne Pflanzen benutzen als Energiequelle die Sonne und entnehmen das Wasser und die Nährstoffe aus dem Boden und der Luft. Die Nährstoffe sind anorganisch ( Salze, CO2) und sie können daraus mit Hilfe der Photosynthese organische Stoffe ( Glucose , Fette, Proteine usw. herstellen. Eine solche Lebensweise nennt man autotroph. Im Gegensatz dazu müssen Tiere und der Mensch organische Nahrung aufnehmen, ihre Lebensweise nennt man heterotroph. Die Tiere verteilen die Nährstoffe in ihrem Körper mit dem Blutkreislauf zu allen Zellen. Fast alle Pflanzen besitzen ebenfalls ein Verteilungssystem, die Leitbündel.

Um die parasitische Lebensweise der Mistel besser verstehen zu können, wollen wir uns kurz die Anatomie einer höheren Pflanze (Laubbäume sind höhere Pflanzen = Kormophyten) betrachten.

Kormophyten besitzen 3 Organe: Wurzel, Spross und Blätter. Leitsysteme (Leitbündel) durchziehen alle Organe. Dabei werden Wasser und Mineralsalze nach oben und organische Stoffe nach unten transportiert. Der Querschnitt des Sprosses einer Kartoffelpflanze sieht etwa so aus, wie unten abgebildet. Die Leitbündel sind konzentrisch um den Achsenmittelpunkt angeordnet und bestehen aus eiförmigen Strukturen, die innen große "Löcher" aufweisen. Außen sind eher kleine Zellen zu sehen. Die großen Zellen sind keine lebenden Zellen sondern große, den ganzen Sproß der Länge nach durchlaufende Röhren.

Die äußeren kleinen Zellen nennt man Phloem und sie transportiern die organischen Stoffe aus den Blättern nach unten. Die inneren großen toten Zellen gehören zum Xylem und transportieren Wasser und Salze aus dem Boden aufwärts.  

Wo bekommt nun also die Mistel ihre Energie , Wasser und Nährstoffe her?

Der Spross eines erwachsenen Laubbaums sieht prinzipiell ähnlich aus, nur daß der komplette innere Bereich aus Xylem ( Holz ), dem Haupteil des Stammes besteht.
Da die Mistel grün ist und Chloroplasten hat, könnte sie durch Photosynthese selbst ihre Nahrung herstellen. Sie ist deshalb auch nur ein Hemiparasit (Halbparasit). Die Samen der Mistel haben Stacheln. Wenn sie z. B. auf einen Ast fallen, bleiben sie haften, keimen aus und durchdringen die Rinde bis zum Phloem (siehe Abbildung unten) Es bilden sich Senkwurzeln, die bis zum Xylem wachsen. Der periphere Strang nimmt Verbindung mit dem Phloem auf. Auf diese Weise holt sich die Mistel die notwendigen Stoffe, die sie zum Leben braucht: Wasser, Nährsalze und organische Stoffe.

Parasitismus ist weit verbreitet. Es gibt kaum ein Gewebe von Tieren und Pflanzen, das nicht einen Parasiten bewirten kann. Man denke an die Bandwürmer und Spulwürmer im Verdauungstrakt der Tiere, Egel benutzen sogar mehrere Wirte oder den Erreger der Schlafkrankheit, ein parasitischer Einzeller.

Wer sich genauer über die verschiedenen menschlichen Parasiten informieren will, geht am besten auf die entsprechende Seite siehe unten.

Symbiose

Zum Abschluß der Besprechung biotischer Faktoren wollen wir eine Lebensgemeinschaft näher betrachten, die auf gegenseitigen Nutzen ausgerichtet ist. Man bezeichnet diese als Symbiose. Sie ist weit verbreitet im Tier- und Pflanzenreich.

Zum Beispiel das Bakterium Escherichia Coli (siehe Abb. 50) im Darm von Säugetieren lebt dort in Symbiose. Es hilft bei der Verdauung und erhält im Gegenzug Nahrung.

Flechten
Eine rein pflanzliche Symbiose sind die Flechten. Hier leben entweder Alge und Pilz oder Pilz und Cyanobakterium zusammen. Flechten bedecken 8% der Erdoberfläche in ca 13500 Spezies.

Sie kommen von den Polen bis zum Äquator vor und sind mikroskopisch klein oder groß wie Blätter. Ihre Farben reichen von weiß zu schwarz, rot zu orange, braun, gelb oder grün. Sie benötigen einen festen Untergrund wie Stein oder Fels.

verschiedene Flechten

Die Alge liefert über die Photosynthese die energiereichen organischen Stoffe, der Pilz, der 90% des Pflanzenkörpers ( Thallus) ausmacht, beschützt die Alge vor negativen Umweltbedingungen und versorgt sie mit Mineralstoffen.

Man unterscheidet 3 verschiedene Formen. Der prinzipielle Aufbau sieht folgendermaßen aus:

  1. Obere Cortex, äußere Schutzschicht (Pilz)
  2. Algenschicht durchzogen von Pilzhyphen
  3. Medulla, dicke Schicht farbloser Hyphen
  4. Untere Cortex (siehe obere)
  5. Würzelchenschicht, Halteorgane

Sie sind sehr empfindlich gegen atmosphärische Umweltverschutzung wie SO2 und werden deshalb als Bioindikatoren eingesetzt.

Wer mehr über Flechten lernen will siehe unten.

Wurzelknöllchenbakterien
Eine andere bemerkenswerte pflanzliche Symbiose gehen die Wurzelknöllchenbakterien (Rhizobium) mit den Leguminosen ( Hülsenfrüchtler: Bohnen, Erbsen, Erdnüsse, Lupinen, Klee) ein. Jede Pflanze hat ihre eigene Spezies. Diese Bakterien gehören zu den einzigen Lebewesen, die es geschaft haben die 78% Stickstoff in der Atmosphäre zu nutzen. Wie sie wissen, enthalten einige der wichtigsten Nährstoffe, die Proteine N. Die Pflanzen nehmen diesen normalerweise in Form von N-haltigen Salzen (Nitrat oder NH4+) aus dem Boden auf.

Die Bildung der Wurzeknöllchen ist sehr interessant.

  • Die Wurzeln scheiden Zucker und Aminosäuren aus, was die Bakterien anzieht.
  • Die Wurzelhaare sondern bestimmte Stoffe ab, die in den Bakterien die Bildung von Knöllchen-Genen hervorrufen.
  • Die Bakterien nehmen Kontakt mit den Wurzelhaarzellen auf, verdauen die Zellwand und infizieren die Zellen.
  • Sie wandern zur Wurzelrinde. Dort bildet sich dann die Knöllchenstruktur. Die Bakterien beginnen mit der Bindung des Luftstickstoffs. Dieser Prozess ist sehr energieverbrauchend, da das N2-Molekül sehr stabil ist.
N2 + 8H+ + 6e- + 12ATP ---> 2 NH4+ + 12 ADP + 12 Pi

Der Prozess benötigt 3 Proteine darunter die Nitrogenase. Der Luftstickstoff wird in NH4+ umgewandelt, den die Pflanzen aus dem Boden aufnehmen müssten. Dieses wird an die Pflanzen abgegeben, die daraus Aminosäuren herstellen. Die Pflanzen geben Zucker und organische Säuren an die Bakterien ab. Die N-Fixierung ist sehr effizient: -200Kg N/ha. In der Landwirtschaft werden diese Pflanzen zur Gründüngung verwendet, d.h. die Pflanzen versorgen den Boden mit Hilfe ihrer Bakterien mit Stickstoff.

Zusammenfassende Bemerkungen zu biotischen und abiotischen Faktoren

Unsere Beispiele der Beziehungen der Organismen zu ihrer Umwelt zeigen Gemeinsamkeiten. Jeder Organismus nützt in seinem Lebensraum bestimmte Faktoren aus und ist speziell angepasst:

  • die Pinguine nützen die extremen Bedingungen um den Südpol
  • die Mikroorganismen verwenden die toten pflanzlichen Stoffe eines Komposthaufens
  • Die Blattläuse benutzen das unendliche Nahrungsangebot der Pflanzen
  • die Misteln benützen die Organe anderer Pflanzen
  • die Flechten sind Überlebenskünstler in allen Biomen
  • die Wurzelknöllchenbakterien nutzen ihre Fähigkeit zu Gunsten höherer Pflanzen.

Man nennt die Gesamtheit der Faktoren, die ein Organismus ausnützt ökologische Nische.

Jedes Lebewesen besetzt eine spezielle ökologische Nische, an die es durch die Milliarden Jahre lange Evolution optimal angepasst ist. Falls die Umwelt sich ändert, sterben sie oder wechseln den Standort.

Innerhalb einer Population gibt es Konkurrenz um diese Faktoren (= innerartliche Konkurrenz). Bei der enormen Vermehrungsrate der Blattläuse und dem sehr großen Angebot an pflanzlicher Nahrung besteht diese zwischen den Blattläusen jedoch kaum. Auch bei den Pinguinen und Flechten ist dies kein Problem. In einem Wald oder einer Wiese jedoch besteht je nach Klima sehr wohl eine Konkurrenz um Nahrung für z. B. Kaninchen, oder Rehe oder Greifvögel, Störche, Reiher, Füchse usw.

Dazu kommt weiterhin die Konkurrenz zwischen den Arten (= zwischenartliche Konkurrenz) Im Komposthaufen bauen verschiedene Bakterien das organische Material ab. Solange die Nahrunsmenge groß ist, können alle davon leben, wird sie kleiner reduziert sich auch die Bakterienzahl. Ändert sich die Umwelt, wird z. B. die Temperatur zu hoch können nur die thermophilen Organismen überleben und weichen so der Konkurrenz aus.

 

Abb. 43
Asterix

 

 

Abb. 44
Mistel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 45
Kormophyt

 

Abb. 46
Sprossquerschnitt

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 47

Ausschnitt aus einem Baumquerschnitt mit einer Mistel


 

Abb. 48
Spulwurm des Menschen

Ascaris lumbricoides ein Fadenwurm (Nematoden)


Abb. 49
Bandwurm


Hymenolepsis nana


Abb. 50

Escherichia Coli


 

Abb. 51

Flechte = Alge + Pilz


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 52

leguminosen mit Wurzelknöllchenbakterien


 

Weiterführende Quellen:

Flechten

http://www.tau.ac.il/botany/Tela/lichen.html
http://www.botany.hawaii.edu/cpsu/

Misteln

http://www.botanical.com/botanical/mgmh/m/mistle40.html
http://www.for.gov.bc.ca/tasb/legsregs/fpc/fpcguide/dwarf/dwarftoc.htm

Parasiten des Menschen

http://www.cdfound.to.it/HTML/atlas.htm

N2-Fixierung

http://www.co2science.org/journal/2000/v3n23b3.htm
http://commtechlab.msu.edu/CTLProjects/dlc-me/zoo/

Biologische Schädlingsbekämpfung: http://www.nysaes.cornell.edu/ent/biocontrol/