VL 10 Teil 2

Question 1

Warum ist die Nutzung von Pflanzen durch Herbivore so gering? Welche Hypothesen gibt es zu diesem Thema?

Answer 1

Hypothese 1: TOP DOWN
Kontrolle durch Prädatoren
- Räuber halten Herbivore in Schach, kontrollieren die untere trophische Ebenen
à z. B. Löwe und Wolf begrenzen Populationsdichte von großen Herbivoren

Hypothese 2: BOTTOM UP Kontrolle durch Nährstoffe (insb. N)
- Energiefluss im Ökosystem wird von unten nach oben kontrolliert
- Produktivität der Sekundärproduzenten (Herbivoren) ist abhängig von der Produktivität und Qualität der pflanzlichen Nahrung
Hypothese 3: Synthese aus beiden
- Herbivore besitzen viele Feinde und ihre Nahrung ist nährstoffarm
à es liegen nur wenige Überprüfungen dieser Hypothesen in terrestrischen Systemen vor

Question 2

Wie heißt das Modell, welches für die ersten beiden Hypothesen erstellt wurde?

Answer 2

Fretwell-Oksanen-Modell

Question 3

Was besagt das Fretwell-Oksanen-Modell?

Answer 3

• Herbivoren-Einfluss variiert systematisch mit der ProdukMvität des Ökosystems
  -> ecosystem exploitation hypothesis
• In natürlichen Ökosystemen liegt der maximale Einfluss von Herbivoren bei Systemen
  mittlerer Produktivität

Graphik zeigt
- Links = bottom-up:
-> In unproduktiven Systemen haben Herbivore eine geringe Wirkung
->das Gesamtsystem (inkl. Herbivore) wird
von ihren Ressourcen reguliert
- Rechts = top-down:
à In hochprodukMven Systemen sinkt der Einfluss der Herbivoren und höhere trophische Ebenen (Räuber) regulieren das System

Question 4

Warum ist die Welt grün, obwohl Herbivore die gesamte Phytomasse aus einem Ökosystem
entnehmen könnten?

Answer 4

1. Pflanzen haben zu geringen Nährwert
2. Sekundäre Pflanzstoffe als Schutz
3. Pflanzen tolerieren und kompensieren Verlust
4. Pflanzen wehren sich

Question 5

Führt der geringe Nährwert von Pflanzen dazu, dass die Welt grün ist?

Answer 5

• Pflanzennahrung reich an Kohlenhydraten, arm an Proteinen „poor food“
  -> reklazitrant - hoher Anteil an Cellulose und Lignin
  -> harte Blätter und teilweise geringer Wassergehalt
  -> geringe Nährstoffgehalte (v.a. Proteine, N, Mineralien)
• Kohlenhydrate vorwiegend als unverdauliche Cellulose, Herbivore haben i.d.R. keine Cellulasen
  à effekMve Nutzung nur mittels Symbionten, d.h. spezialisierter Mikroorganismen
  (Bakterien, Pilze) und Einzeller (Protozoa)
  -> EndosymbionMsche Verdauung
  o Symbionten zersetzen Cellulose
  o anareobe Gärung (Zucker > anorganische Säuren, Alkohole)
  o Pansen der Wiederkäuer, Enddarm der Termiten
• Es gibt Korrelation zw. N-Gehalt in Pflanzen und Lebenszyklus bei Herbivoren
  à Studie mit Blattläusen zeigt, dass N-Düngung den Befall durch Herbivore erhöht
  à jedoch zu wenige Untersuchungen, um beweisen zu können, dass die KorrelaMon immer gilt

Question 6

Wie wirken sekundäre Pflanzenstoffe auf Herbivore? Welche Hauptgruppen von sekundären
Pflanzenstoffen gibt es?

Answer 6

• toxische oder hemmende Wirkung auf Herbivore (schwer verdaulich, ungenießbar)
• 3 Haupttypen:
  1- Stickstoffhaltige Substanzen
  2. Terpenoide
  3. Phenole

Question 7

N haltige Substanzen

Answer 7

Toxisch, biger schmeckend
o Alkaloide, z.B. Mugerkornalkaloide, Morphin, Atropin
o Cyanogene Glycoside, d.h. Glycoside mit Nitrilgruppe
o Glucosinolate bzw. Senfölglycoside (Ringverbindungen mit S und N)
à Letztere kommen bei Kruziferen wie ReÜch, Senf, Kresse oder Kohl vor

Question 8

Terpenoide

Answer 8

o) spezifisch für besMmmte Pflanzengruppen, so die Limonoide (Citrusfrüchte)
und Cardenolide (Herzglykoside bei Digitalis)
o Kurzkettige Terpenoide sind leichtflüchtig und o) als Duft wahrnehmbar (Monoterpene)
o längerkeÜge Terpenoide meist biger schmeckend und o) toxisch sind

Question 9

Phenole:

Answer 9

o Weit verbreitete Abwehrstoffe, universell in Blägern u. anderen Pflanzenteilen
o Gehalt meist erhöht bei Herbivoren-Befall

Question 10

Beispiel für die chemische Abwehr von Herbivoren durch Toxine?

Answer 10

• Das cyanogene Gylcosid Dhurrin als Fraßschutz bei Hirse
  à wenn Pflanze verletzt wird entsteht gi)ige Blausäure (Cyanwasserstoff)
• Cyanogene Glycoside sind weit verbreitet, bereits in geringen Mengen toxisch

Question 11

Was sind Repellents? Beispiel für die chemische Abwehr von Herbivoren durch Repellent?

Answer 11

• Repellents werden von Herbivoren über den Geruchssinn wahrgenommen und schrecken diese ab ohne sie zu töten
• Beispiel: Urushiole in Sumachgewächsen (Gi)efeu, Gi)eiche, Lackbaum)
  à ölarMge Verbindungen im Milchsa) der Pflanzen (Brenzcatechine)
  à können vielseiMg verwendet werden (Lack im Kunsthandwerk, Gerben, Fototechnik)
  à meist kommt in Pflanzen immer ein Gemisch aus verschiedenen Urushiolen vor
  à kann von Mugerpflanze auf Tochterpflanzen weitergegeben werden
  o TransgeneraMonseffekt möglich (z. B. bei AckerreÜch)

Question 12

Wie korreliert die Produktion von sekundären Pflanzenstoffen mit der Wachstumsrate von
Pflanzen?

Answer 12

Pflanzen können Energie entweder in Wachstum oder in ProdukMon von sekundären
Pflanzenstoffen stecken, nicht in beides gleichzeiMg
à müssen Kompromiss (trade-off) eingehen
- Ressourcenverfügbarkeitshypothese bringt Faktoren in einen
Zusammenhang
à Bei maximaler Verteidigung haben alle Pflanzen dieselbe
niedrige realisierte Wachtsumsrate

Question 13

Mit welchen Strategien können sich Pflanzen gegen den von Herbivoren ausgeübten SelekMonsdruck durchsetzen

Answer 13

• schnell wachsende Pflanzenarten mit geringer Abwehrkra)
  à r-Strategen (hohe ReprodukMons-, Photosynthese- sowie Wachstumsrate)
  à starker Befraß wird durch effekMves Wachstum kompensiert
  à qualitaMve Abwehr
• langsam wachsende Pflanzenarten mit hoher Abwehrkra)
  à K-Strategen (lange Lebensdauer, geringe ReprodukMonsrate)
  à hohe ProdukMon sekundärer Pflanzenstoffe, wenig Befraß
  à quanMtaMve Abwehr

Question 14

Führen also sekundäre Pflanzenstoffe dazu, dass die Welt grün ist?

Answer 14

• Es gibt keinen klaren Zusammenhang zwischen dem Gehalt an sekundären Pflanzenstoffen und der Diversität der Herbivoren
  à Herbivoren sind in der Lage Entgi)ungsstrategien zu entwickeln
  o Bsp.: Raupen des Monarchfalters syntheMsieren aus Gi)en eigene Signalstoffe,
  adulte Tiere sind später gegen Gi)stoffe geschützt
  o Viele Schmegerlingsraupen durchbeißen Blagadern, um Zufluss von Abwehrstoffen zu unterbinden
  à bei effekMver Wirkung von Gi)en oder Repellents sollten diese jedoch die Struktur
  der Herbivorengemeinscha) verändern