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Harald

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Donnerstag, 5. Dezember 2013, 20:18

Algen - "deep under" Zonierung und Anpasssung an das Lichtklima













Aber wir müssen auch Wissen, was ist Licht, oder

Licht ist eine elektromagnetische Energie, die sich in rhythmischen Wellen fortsetzt. Dazu gehört die Wellenlänge, oder der Abstand zwischen zwei Maxima.

Das sichtbare Licht ist nur ein kleiner Ausschnitt des Spektrums im Wellenlängenbereich von ca. 380 bis 750 nm. Diese Wellenlängen zusammen erscheinen dem Auge als weißes Licht.

Weiter, das Licht hat Eigenschaften von Wellen und Teilchen, und der Energiegehalt ist umgekehrt proportional der Wellenlänge. Das heißt je kürzer die Wellenlänge, desto höher ist der Energiegehalt.

Was passiert, wenn Licht auf Materie trifft?

Licht kann von Materie reflektiert, transmittiert oder absorbiert werden.
Pigmente absorbieren Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen.
Die Wellenlängen, die sie absorbiert haben, können nicht mehr transmittiert oder reflektiert werden.

Absorption und Reflektion des Pigments Chlorophyll




Voraussetzungen zur Absorption von Licht in Algen oder die Absorption der Farbstoffe


Die wichtigsten Pigmente in Algen sind Carotinoide, Phycobiline und Chlorophylle. In einem Lichtsammelkomplex befinden sich Hunderte von Pigmentmolekülen. Allen gemeinsam sind konjugierte Doppelbindungen (mesomeresSystem). Aufgrund dieser Doppelbindungen nehmen Pigmente Lichtenergie auf und leiten sie an die Photosysteme weiter.

Pigmente

Man unterscheidet zwischen Landpflanzen (Embryophyta) und Grünalgen (Chlorophyta)
Chlorophyll aP680 Fotosystem II
Chlorophyll aP700 Fotosystem I
Chlorophyll a, b und Carotinoide sind Antennenpigmente


Dann gibt es noch die „Grünlücke“

Chlorophyll a und b absorbieren die Wellenlängen zwischen 480 und 620 nm kaum. Die reflektierten Wellenlängen erscheinen grün. 98% aller terrestrischen und limnischen Pflanzen besitzen als Hauptpigmente Chlorophyll a/b. Im Meer benutzen nur ca. 10 % der Algen Chlorophyll a/b.

Das Engelmann Experiment

Der Engelmannsche Bakterienversuch (nach Theodor Wilhelm Engelmann) dient dazu, die lichtabhängige Sauerstoffbildung bei der oxygenen Photosynthese in verschiedenen Bereichen des Lichtspektrums grob zu quantifizieren.

Zu diesem Zwecke lenkte Engelmann einen Lichtstrahl durch ein Prisma und projizierte das entstehende Lichtspektrum auf einen dünnen Algenfaden, der sich in einem wässrigen Medium befand, das Bakterien enthielt, die positiv chemotaktisch auf Sauerstoff reagieren. Je nach Farbe des Lichts, das auf den Algenfaden traf (vom langwelligen Rot über Orange, Gelb, Grün und Blau bis zum kurzwelligen Violett), produzierte das in den Chloroplasten enthaltene Photosynthesesystem mehr oder weniger Sauerstoff, worauf sich die Bakterien mehr oder weniger stark an den betreffenden Stellen ansammelten. Die Menge der angesammelten Bakterien nahm er als ungefähres Maß für die Photosyntheserate, die der Sauerstoffproduktionsrate entspricht.

Das Resultat zeigt deutlich, dass der Optimalbereich für die Photosynthese im langwelligen Rot und im kurzwelligen Blau liegt, dazwischen im Bereich von Grün und Gelb ist die Photosyntheserate geringer. Dies geht ungefähr parallel mit den Absorptionsmaxima der Photosynthesepigmente (siehe Grafik).



Mit den Absorptionsmaxima der Photosynthesepigmente kann auch die grüne Farbe der Pflanzen erklärt werden: Während das rote und das blaue Licht fast vollständig absorbiert werden, werden das grüne und gelbe remittiert oder durchgelassen.










Quellen:

Johann Wolfgang Goethe Universität Frankfurt - Wikipedia

Literatur zum Thema:
Campbell & Reece(2003): Biologie, Spektrum
„Der Strasburger“ (2003): Lehrbuch der Botanik, Spektrum
Tardent(1993): Meeresbiologie, Thieme
Lüning(1985): Meeresbotanik, Thieme
Kremer (1983):in BIUZ, 4:104ff

Anmerkung und Kommentar von Dietmar Schönfelder FG-Meeresbiologie Berlin

Zitat

Hallo Harald,
sehr schön! Ich habe einige Dinge noch nicht gewusst, zu anderen Sachen kann ich ergänzen.
Die Lücke der Photosynthese zwischen Chlorophyll A und B wird von den Rotalgen genutzt. Sie haben ihr Maximum der Absorption genau in der "Grünlicht Lücke". Zur Intensität dieser Wellenlängen für Rotalgen ist diese im allgemeinen recht niedrig, es werden Werte bei der Rotalge Delesseria sanguinea von etw 50µE genannt. (Mikroeinstein ist die Bezeichnung der Anzahl der Lichtquanten auf eine Zeiteinheit bezogen.)
Einen weiteren Hinweis zu Algen habe ich noch. Sie sind nicht nur unterschiedlich tolerant gegenüber Austrocknung und Salinität, Temperatur. Viele Algen die nicht in den tropischen Bereichen angesiedelt sind, haben zudem eine ausgesprochene Periode in der Wachstum oder Ruhezeiten vorherrschen. Es gibt genau wie bei Landpflanzen Arten, die sind einjährig, sporalieren in der Licht armen Jahreszeiten und entstehen neu, wenn die Lichtmenge wieder zunimmt.
Nicht nur die Großalgen sind von der jahreszeitlichen Periode betroffen, auch das Phytoplankton hat eine an die Jahreszeiten ausgeprägte Abfolge, besonders trifft das auf die Arten der Ostsee zu. Hier kommen nicht nur Licht und Temperaturen als Ursache der Perioden in Frage sondern besonders die Verfügbarkeit an bestimmten Nährstoffen bestimmen die Dominanz der Arten.
So finden wir im zeitigen Frühjahr als vorherrschende Arten Kieselalgen, bis das verfügbare Silikat aufgebraucht ist. Dann kommen Grünalgen auf, sie werden mit der Zeit Nitrat so weit verbrauchen, dass eine weitere Entwicklung nicht mehr möglich ist. Diese Limitierung von Nitrat lässt Blaualgen zu den dominanten Algen werden, die sich Stickstoff aus der Atmosphäre erschließen können. Die lange Lichtverfügbarkeit, die hohen Temperaturen verändern allerdings auch die Zusammensetzung der Blaualgen. Die Geschwindigkeit des Stoffwechsels lässt bevorzugt sehr kleine Arten dominant werden, die eine gewaltige Menge an Sedimenten erzeugen und ein Problem für die Ostsee und ihre Boddengewässer sind. Makrophyten können sich in diesen Sedimenten nicht siedeln, sie werden verschwinden, so wie es in den hoch eutrophierten Boddengewässern in den letzten 30 Jahren der Fall ist. Leider kann man in diese Eutrophierung mit Nitrat- und Phosphat Management nicht mehr so eingreifen, dass es die Eutrophierung wirksam unterbindet; die Algen sorgen selbst für eine Zufuhr der Elemente N und P und wirken somit stabilisierend auf die Eutrophie.
Im Herbst, wenn die Lichtintensität nachlässt, können Blaualgen nicht mehr über die Energie verfügen, die ihnen gestattet, Stickstoff aus der Luft aufzunehmen. Es kommen wieder Grünalgen auf, aber nicht in der Menge wie im Frühjahr. Die nun fallenden Temperaturen und die Reduzierung des Lichtes werden schließlich die Grünalgenpopulation immer weiter einschränken. Wenn das der Fall ist und kein nennenswertes Wachstum von Pflanzen stattfindet, steigt die Konzentration an N, P und auch an Si, was von den Flüssen eingetragen wird oder durch Rücklöseprozesse aus den Sedimenten frei gesetzt wird. So kann im Frühjahr das ganze Spiel wieder von vorn beginnen.
Ganz eng an die Entwicklung des Phytoplanktons ist das Aufkommen und die Dominanz des Zooplanktons gebunden. Es gibt eine Abfolge und Dominanz bestimmter Arten. Wer calanoide Copepoden benötigt, findet jetzt die Arten in hoher Anzahl vor. Eurythemora und Acartia sind die momentan vorherrschenden Arten des Freiwassers. In dem Maße wie Kieselalgen nachlassen kommen kleinere Strudler auf wie zum Beispiel Tintinnopsis, bis diese wieder durch aufkommende räuberische Arten wie Keratella verdrängt werden. Im Herbst entwickeln sich dann wieder vermehrt Copepoden aber auch nicht in der Menge wie jetzt im Frühjahr. Im Frühjahr beginnt auch hier das Spiel wieder von vorn.

Harald, Dein Algenvortrag ist sehr gut.
Beste Grüße
Harald

Marine Nachzucht ist eine Chance, wenn man den Mut aufbringt sie zu nutzen.
Ich entscheide mich für den Mut.


: seepferd : Mein Hippocampus reidi Würfel und hier die Vorgeschichte dazu. : seepferd :

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Algen, Licht

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