Phytoplankton

Vor allem Diatomeen

• vertragen Turbulenzen

• Sinken ab nach Auftrieb

• Strömung bestimmt Platz in Wassersäule

• Cyanobakterien bevorzugen eher Wärme

• Cyanobakterien

• Diatomeen (Kieselalgen)

• Haptophyten

• Dinoflagellaten

Partikeleinstrom absorbiert Licht

Flachwasserbereich, von der Küste (litoral) bis zum Oberrand des Kontinentalhangs

Plankton: mit der Strömung schwimmend

Nekton: unabhängig der Strömung schwimmend

Cyanobakterium

• Chl a und Phycobiline

• Stickstofffixierer

  • Tagsüber PS, nachts Stickstofffixierung

• Cyanophycin als Stickstoffspeicher

• Polyphosphatkörner als Phosphatspeicher

• Heterozyste (Nitrogenase bei Kolonien)

• Akinete: Dauerstadium

• Oft fakultativ Photoheterotroph

• Stickstofffixierende Cyanobakterien

• Keine Heterocysten, sondern bilden enge Zellkoloniestrukturen

  • Tufts (Bündelförmig) und Puffs (Pomponförmig)

  • Schützt Nitrogenase in der Mitte vor Sauerstoff

• Toxine

• Wenn tot vergammeln sie aufgrund Gasvakuole an Oberfläche und sinken erst bei oder nach Zersetzung durch Zerplatzen ab

• Werden nicht gefressen: Energieverlust im Nahrungsnetz

Richelia in Rhizosolenia

• Diatomeen Rhizosolenia

• Mit Stickstofffixierer Richelia als Symbiont

  • vermutlich kaum eigene PS, liefert organische Verbindungen mit Stickstoff

Pyrenoid: Organell für Kohlenstoffkonzentration, Ort der C-Fixierung im Chloroplast

Trichocyste: Abwehr

Vakuole: Höhenregulierung und Stoffspeicher

Diatomeen

• Chl a, Chl c und Fucoxanthin (braun)

• Nichtschwimmer

• Dominieren in nährstoffreichen Küstengewässern und während ozeanischer Frühjahrsblüte

  • können sich schnell teilen

• Harte mineralische Schale aus Opal = hydratisierte, polymerisierte Kieselsäure

  • hohe Dichte

• Unter Packeis

  • schmilzt im Sommer

  • Vom Krill gefressen

• Brauchen Silicat für Hülle

• Vegetative Fortpflanzung führt zu Größenreduktion

• Größe wiederhergestellt durch sexuelle Fortpflanzung

• einzellig, biflagellat

• Haben Haptonema: flagellumartige Ausstülpung mit mehreren Funktionen

  • Lasso für Jagd

  • Anheftung

  • Verteidigung

• Chl a, Chl c, Fucoxanthin

• Bilden Coccolithen-Hülle aus Calciumcarbonat

  • durch Ozeanversäuerung kann die Schale bei zu niedrigen pH nicht mehr gebilet werden

Haptophyceae (Coccolithen)

Dinoflagellaten

• biflagellate Unizellen

• Teilweise Panzerplatten: Cellulosehülle (Thekalplatten)

• Chl a, Chl c, Peridinin

• Mesokaryotischer Nukleus: Chromosomen immer kondensiert

• Biolumineszenz

• Rote Tiden und Neurotoxine

  • Essen von Filtrierern während Blüte giftig

• Quer- und Längsgeißel

• Augenflecken

Dinoflagellaten

oft Lipide

Primärproduktivität = Gesamtraten der Photosynthese

• Lichtintensität und Verfügbarkeit von Wasser und Kohlendioxid

  • steuern Reaktionsgeschwindigkeit der Photosysteme

• Temperatur und Verfügbarkeit von Nährstoffen

  • steuern Reaktionsgeschwindigkeit der lichtunabhängigen Reaktionen

  • Nährstoffe = Stickstoff, Phosphor, MetLlionen, Kieselsäure / Silikat, Vitamine

• Wasserdampf

• Kohlendioxid

• Sauerstoff

• Ozon

• Obere Schichten Wassersäule

  • 0,3 - 0,6 μm kommen an

• Zufluss größerer Mengen farbiger, gelöster Substanzen

  • Gelbstoffe / Humine

• Phytoplankton

• Verschieben Wellenlänge der maximalen Durchlässigkeit zum grün hin

Der Tiefenbereich, der noch ausreichend beleuchtet ist, um eine positive Netto-Photosynthese zu unterstützen (mehr organische Materie erzeugt als veratmet werden kann)

• Ozean absorbiert selektiv langwellige Farben (rot, orange und gelb)

  • rot innerhalb von 10m

  • gelb innerhaln von 100m

• Nur blaue Wellenlängen kommen weit genug

Alternierende Doppelbindungen

• reduzieren die Konkurrenz um die Lichtabsorption durch Aufteilen des sichtbaren Lichts

• Kompensationspunkt = Photosynthesemenge entspricht Atmungsmenge

• Photoinhibition = Abnahme PS durch schädliche Lichtintensität

• Primärproduktionsrate gibt tatsächliche Primärproduktion zum gemessenen Zeitpunkt wieder

  • besser für Trophie, gibt aber nicht wieder wieviele Organismen gleichzeitig aus dem System verschwinden (Abfraß, Tod etc.)

  • Tatsächliche Produktion im Jahresverlauf ablesbar

• Chlorophyll a Konzentration

  • gibt Menge an vorhandenem Chlorophyll a wieder

  • Ist folglich auch beeinflusst von Abfraß, Tod und Reproduktion

  • Gibt nicht erhöhte Aktivität von einzelnen Individuen wieder, nur größere Menge an aktiven Pigmenten

Auftrieb = Aufsteigen von kalten, nährstoffreichen Tiefenwassers an die Oberfläche aufgrund von Abtransport des oberflächlichen Wassers durch küstenparallelen Wind und der Ekmanspirale (Nettotransport von Küste weg)

• hochproduktive, eutrophe Bereiche:

  • Auftriebsgebiete (nährstoffreiches Wasser)

  • Flache Küstenregionen

  • Regionen in hohen Breitengraden

• Oligotrophe Bereiche:

  • offene Ozeane der Tropem

• für Stickstofffixierer: Eisen in Nitrogenase

• Ansonsten: Stickstoff limitiert

  • Diatomeen: Nitrat (in Auftriebsgebieten aufgetrieben)

  • Dinoflagellaten in Gyren: Ammonium

• Bevorzugt Ammonium

Optimale Menge an begrenzendem Nährstoff und dadurch exponentielles Wachstum

Hälfte der maximalen Aufnahme?Geschwindigkeit

• adsorbiert stark an Partikel und bildet unlösliche Salze

• Nitrat gut löslich

Stickstoff (Ammonium)

• Fecal pellets haben höheren N als P Anteil

  • sinken ab

    • größerer N-Entzug

      • N öfter limitierend

Tropen:

• immer gleich

• Immer ausreichend Licht aber wenig Nährstoffe

• Geringe Produktion und Biomasse

• Subtropische Gyren mit permanenter Thermokline und Pyknokline

• Permanente Thermokline durch intensive Oberflächenerwärmung

Nördlich gemäßigte Breiten:

• Maxima im Frühling und Herbst

• Frühling Nährstoffe vom Winter

• Herbst Herbststürme durchbrechen Thermokline des Sommers

• Höchste Gesamtproduktivität

Nordpol:

• Ein kurzzeitiges hohes Maximum im Sommer

• Lichtverfügbarkeit, immer viel Nährstoffe

Prozess des Abtransports von Material aus der euphtischen Zone zum Meeresboden, weil er CO2 und Nährstoffe aus dem oberen Ozean pumpt und sie in der Tiefsee und den Meeresbodensedimenten konzentriert

• Licht

• jene Kräfte, die Nährstoffe aus dem Tiefenwaser in die euphotische Zone hinaufbringen

• Phytoplankton ist produktiver, neue BM wird aber gleichzeitig von Zooplankton abgeweidet

• Phytoplanktonblüte immer früher

• Zooplankton kommt nicht mit (Phänologien)

  • Nauplien schlüpfen zu spät

• Licht

• Stratifizierung

• Nährstoffe

Sonne steht höher (senkrechter) und dringt tiefer ein/strahlt stärker (Strahlungsintensität)

• riesige Fläche

  • immer noch 81,5% der Gesamtproduktion

• Kohlenstoffsenke

Anteil der Gesamtproduktion der durch neuen Stickstoff assimiliert wird

• durch neu eingetragenen Stickstoff

• Entnahme von Biomasse (Fische) ohne Schaden

Gegenstück: recycled Production, Entnahme würde schaden

Schicht mit rasch wechselnder Dichte

• geringe Nährstoffkonzentrationen durch Stratifizierung der Sonneneinstrahlung

• Geringe Produktion im offenen Ozean

• Leichte Abweichungen durch Fronten, die Nährstoffe in die euphotische Zone bringen

• Hohe Produktion an Westküsten durch Auftrieb

• niedrige Produktion im offenen Ozean durch wenig Nährstoffe und Stratifizierung

• Hohe Produktion am Äquator durch äquatorialen Auftrieb, der Nährstoffe hochbringt

• Hohe Produktion an Westküsten und nördlichen Breitengraden durch Auftrieb (Kontinentalfronten) , Durchmischung und weniger Stratifizierung

1. Cyanobacteria

   • Prokaryoten

   • Chl a und Phycobilin

   • viele Stickstofffixierer mit Nitrogenase

   • Heterocysten als Schutz der Nitrogenase vor Sauerstoff

   • Akineten als Dauerzellen

   • Phosphor als begrenzender Nährstoff bei Stickstofffixierung

   • Bilden oft Toxine

   • Cyanophycin als Stickstoffspeicher

   • Polyphosphatkörner als Phosphatspeicher

2. Bacillariophyceae (Diatomeen, Kieselalgen)

   • Nichtschwimmer

   • Silikat in Opalschale

   • Chl a und Chl c und Fucoxanthin (braun)

   • Vegetative Fortpflanzung reduziert Größe, sexuelle Fortpflanzung stellt Größe wieder her

   • Oft Symbiose mit Stickstofffixierer

3. Haptophyceae (Coccolithen)

   • Biflagellate Unizellen mit Haptonema

     • (zur Jagd, Anheftung, Verteidigung, …)

   • Chl a, Cl c, Fucoxanthin

   • Calciumcarbonat-Schuppen

4. Pyrrhophyta (Dinoflagellaten)

   • Biflagellate Unizellen

   • Oft mit Cellulosepanzer

   • Chl a, Chl c, Peridinin

   • Mesokaryotischer Nukleus (Chromosomen immer kondensiert)

   • Biolumineszenz

   • Quer- und Längsgeißel