Ökologie Mak

Front 1

Klima
Wetter

Back 1

Klima: mittl. Zustand der Atmosphäre und durchschntl. Verlauf der Witterung über viele Jahre;
karakterisiert durch Verhältnis Wärme/ Niederschlag --> Evaporation/ Niederschlag; E>N:arid; E<N:humid
Wetter: Momentaufnahme

Front 2

Orografische Struktur

Back 2

sinkende Temp mit Höhe: 0,55°C/ 100m
sinkender Luftdruck: 10%/ 1000m; zusätzlich sinken Partialdrücke O2 & CO2

Front 3

Arealtypen

Back 3

Arealerweiterung: großflächig, zusammenhängend
Disjunkt: einzelne Popul. ohne Verknüpfungen
reliktär/paläoendemisch: 1 Überbleibsel,Rest ausgestorben
allopatr. Differenierung/ vakiierend/ Schizoendmiten: großes Areal, aber 3 getrennte Bereiche
Pseudovakaianz/ Stellvertretertaxe: 2 Arten besiedeln ähnlich, keinegemeinsame Abstammung
Formankreis/ Radiation: Diversitätszentrum Z, Reliktenendemiten R, Neoendemiten N

Front 4

Umfeltfaktoren mit Reaktoinsnorm + ökol. Amplitude

Ressourcen

Back 4

UF: physikalisch-chemische Eigenschaften der Umwelt
Reaktionsnorm: Toleranzraum, genetisch fixiert
ökol. Amplitude: Schwankungsbereich eines UF, in dem ein Org. in der Natur vorkommt
Re: von Lebewesen für Wachstum u Reproduktion verbraucht
(verbr. Ress. können von anderen Lebewesen nicht mehr genutzt werden)

Front 5

Anpassung an Wasserströmung

Back 5

reophil: strömungsliebend
limnophil: ruhigwasserliebend
Strömungsschutz der Organism.:
- Abflachung : Strudelwurm, Köcherfliegenlarve
- Anheftung : Hakenkäfer, Flussnapfschnecke
- Verstecken: geringe Größe + vermeiden von Strömung

Front 6

Chrakteristika von Interstitialbewohnern(Hyporhealbewohner)

Back 6

Lebensraumspez.
- Blind
- Pigmentlos
- klein & kurze Beine
- häufig langestr. Körperform
- h. schlängelnde Fortbew.
- langsam. Stoffwechsel -> wenig O2-Verbr.
- längere Lebensdauer

Ernährungsgeneralisten:
- unspez. Ernährung
- unspez. Räuber-Beutebez.
- Kurze Nahrungketten

Front 7

Strategien zur Überwindung von Engpässen
Exotherme

Back 7

Exotherme:
- Diapause:endogen prog. Ruhepause mit hormoneller Umstimmung (z.B. Überwinterung in einem best. Larvenstadium
- Quiezenz: Källtestarre, nur RGT-Regelabhängig
- Anabiose: Stoffw. kommt praktisch komplett zum erliegen-> extrem. feindl. Lebensbedingungen -> Bärtierchen

Front 8

Strategien zur Überwindung von Engpässen
Endotherme

Back 8

Endotherme:
- Winterschlaf: wenige Mammalia, Stoffw runter, ab 4°C Regelung, sonst Umgebungstemp.
- Winterruhe: tiefer Schlaf ohne wesent. herabs. der K-Temp
- Torpor: schlafähnl. Starrezustand, stuerbar, reversibel, Stoffw. erhebl runter

Front 9

Population

Metapopulation

Back 9

Population
- Individuen gleicher Art (homotypitsches Kollektiv)
- kontinuierlich bewohntes Gebiet
- ungehinderte Fortpfl.mglk. (Panmixie)
Metapopulation:
- lokal abgegrenzter Teil, mit dem geringer Individuenaustausch stattfindet.

Front 10

Strukturelemente einer Population
Formal (7) & Funktional (4)

Back 10

Formale Elemente:
- Bestandsgröße
- Bestandsdichte (Abundanz)
- Verteilung (Dispersion): äqual, inäqual, kumular, insular
- Altersaufbau (Ätilität)
- Geschlechtsverhältnis (Sexilität)
- Habitus
- Gesundheitszustand (Mortilität)

Funktionale Elemente
- Verhalten
- Konstitution
- Fruchtbarkeit (Fertilität)
- Sterblichkeit (Mortilität)

Front 11

Dispersionsdynamik

Back 11

= Veteilungsdynamik:
durch:
- 1. Ortswechsel,
- 2. Änderung Umw.bed.,
- 3. Änd. Soz.V.,
- 4. Fortpfl. u. Sterbefälle

Front 12

r u k Strategen
Eigenschaften (10)

Back 12

abiot. F: stark / wechseln
Körpergröße
Lebensdauer
Populationsgröße: groß/ schwankend vs. klein/ konstant
Vermehrungsrate
Generationsfolge
Mortalität hoch/ schwankend vs. gering
Konkurrenzfähigkeit
Selbstregulation
Sukzessionsstadium

Front 13

VL Lebensgeschichten

ALternativen zu Optimalität (4)

Back 13

- Optimalität: beob. KOmbination v Lebensg-merkm. ist diejenige mit der höchste Fittness
- Bet hedding_ "Auf nummer sicher gehen": fluktuierende UWBed. -> Fittnessverluste in Zeiten geringer Fittness minimieren --> solche Gene können sich in der Pop. halten
- Frequenzabhängigkeit: Rock-Paper-Scissor Game: opt. LG kann von Häufigkeit anderer Indiv. in der Pop. abhängen
- Evol. Zwänge: theor. Opt. konnte noch nicht evolvieren

Front 14

VL Lebensgeschichten

Reproduktionskurven

Back 14

Lebenskurven:
Juveniles Stadium -> Reprod. Phase -> Postrepr. Phase(Seneszenz)
Semelparität: 1x Fortpfl.
Iteroparität: mehrmalige Fortpfl.

Front 15

VL Lebensgeschichten

Warum altern wir?

Back 15

Antagonistische Pleiotropie:
Gene, füh positiv > Gene spät positiv = TRADE OFF!
weiter Hypothesen:
- Anhäufung schädl. Mut.
- Anh. physiolog. Schäden: z.B. oxidat. Schäden v.allem in Mitoch.

Front 16

Altruismus (2)

Back 16

1) Verwandtenselekt.
2) Reziprozität: direkt & indirekt: Helfern wird geholfen
- prisoners dilemma
- Iteratives Gefangenendilemma: Wiederholung -> Stabil
- Public Good Game -> Trittbrettfahrer -> instabil (einige Gutmenschen)
- indirect reciprocity game: offentl. PGG -> Reputation rettet spiel

Front 17

VL MiBi Ök
Ziel der Ökol. MiBi

Problemstellung

Back 17

Ziel: Erfassung der Interaktion der MOrgan. mit ihrer biotischen und abiotischen Umwelt
Problemstellung:
Wie kann man herausfinden, welche MOs in ihrem Habitat welche Aktivitäten aufweisen?

Front 18

Ök. MiBi

Kultivierungsabhängige Untersuchung vs. unabhängige

Back 18

Kult.-abhäng.:
- Anreicherungsk.
- Gewinnung von Reinkulturen
Kult.-unabh.:
- chem. Marker
- Nukleinsäure basierte Meth.
- Aktivitätsmessung

Front 19

Ökol. MiBi

Anreicherungskultur

Back 19

Auswahl von
Standortbed.:
Inokulum: Wasser, Schlamm/ Sediment, Boden, Abstrich...
Kultivierungsbed.:
- Wachstumsmedium: C- und e- -Quelle; N, S, P -Quelle; Pufferung...
- Oxisch o anox.
- Temp.
- Marin, Brackw., Süßw.
- ph- Wert
- Licht o Dunkel

Front 20

Ökol. MiBi

Gewinnung von Reinkultur

Back 20

Prinzip:
Ausdünnung der Anreicherungskultur zu Einzelzellen meist auf Festmedium (Agar) oder in Flüssifkultur per Opt. Laserpinzette
ABER LIMITATION des kultuvierungsabh. Ansatzes:
Kultivievierungseffizienz= kultiv. MOs / gesamt MOs
real. Werte: 0,001 - 1%

Front 21

Ökol. MiBi

Anforderungen an Nukleinsäure-Marker (6)

Back 21

Anforderungen an Nukleinsäure-Marker
- univers. Präsenz in zu vergl. Org.
- Homologie/ homol. Gene: gemeins. Abstammung + konst. Funktion
- zelluläre Grundausstattung
- ausreichende Größe
- konst./ konservierte + variable Regionen
- kein horiz. Gentransfer

Pokarya: Bakt+ Archaee: 16S rRNA
Eukarya MOs: z.B. einz. Algen, Pilze: 18S rRNA

Front 22

Ökol. MiBi

Analyse der bakt. Gemeinschaft über die Sequenz der 16S rDNA: PCR-basierte Methoden 6-Schritte

Back 22

Analyse der bakt. Gemeinschaft über die Sequenz der 16S rDNA: PCR-basierte Methoden
1. Isolierung von DNA aus Umweltprobe
2. PCR mit Primern für 16s rDNA
3. Herstellung einer Klonbibliothek
4. Restriktionsanalyse zur Durchmusterung der Klone
5. Sequenzierung der Inserts mit 16S rDNA
6. Phylogenetische Einordnung durch Datenbankvergleiche der Gensequenz: "Alignment"

Front 23

Ökol. MiBi

RFLP-Analyse

Back 23

Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphismus
DNA mit Restriktionsenzym. schneiden und in Gelelektrophorese auftrennen -> Identifikation/ Differenzierung über Laufmuster

Front 24

Ökol. MiBi

Fingerprint-Methode DGGE

Back 24

Fingerprint-Methode:
DGGE: Denaturierende -Gradenten -Gel -Glektrophorese:
- Polyacrylamid-Gel mit zunehmender Konzentration von Harnstoff und Formamid in Elektrophoreserichtung
- PCR-Primer mit GC-Klammer
- Laufstrecke der PCR- Produkte wird durch Sequenz, nicht durch Anzahl der Basenpaare bestimmt.

Front 25

Ökol. MiBi

Fingerprint-Methode TRLFP

Back 25

TRLFP: (PCR-abhängig)
Terminaler- Restriktions- Längen- Fragment- Polymorphismus
-> Primer mit Fluorezenzmarkierung

Front 26

Ökol. MiBi

Nutzung stabiler Isotope mit Durchführung (5)

Back 26

Stable Isotope Probing: SIP
-> selektive Identifizierung von MOs, welche best. Stoffwechselaktivität aufweisen
Durchführung:
1 C13 Verbindung zu Umweltprobe geben
2 Inkubation
3 Isolierung der DNA
4 Dichtegradienten- Zentrifugation -> Isolieren der schweren DNA
5 PCR/ Klonieren/ Sequenzieren

Front 27

Ökol. MiBi

Metagenomanalyse (PCR unabhängig)

Back 27

Standortmaterial -> Nukleinsäure-Extraktion
-> direkte Sequenzierung mit 'next generation sequencing'

Bspiele:
Ozeanabschnitte:
- Entdeckung abundanter Bakt. gruppen
- Entdeckung neuer Stoffwechseltypen
Darmflora Mensch:
- Individualität der Darmflora, Korrelation zu Erkrankungen
auch: Metatranskriptom, Metaproteom

Front 28

Ökol. MiBi

FISH + Durchführung (5)

Back 28

FISH
Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung
Sonden: Gamma-Cy3 (rot) oder Beto-Fluo (grün)
PCR-unabhängig
Durchführung:
1. Probe fixieren
2. fix Zellen permeabilisieren
3. Hybridisierung: rRNA mit Oligonukleotidsonden(fluoreszezmarkiert)
4. waschen
5. Detektoin unter Epifluoreszenzmikroskop

Front 29

Ökol. MiBi

Aktiitätsmessung an natürl. Standorten

Back 29

Messung von makrosk. Stoffwechselprozessen
-> chem. & physik. Analytik
-> ggf. Einsatz von Isotopen (Tracertechnik)
Bsp. eutropher See:
Hypolimnion:
1) Sediment/ Faulschlamm: anaerobe Zersetzung, Gärung, Sulfatred., Methanbildung,--> H²S, CO²,CH4, Mineralsalze --->
2)rote & grüne Schwefelbakterien: sek. Primärprod. + anoxygene Photosynthese
Sprungschicht

Epilimnion:
Bakterienzellen -->
3) Protozoen, Copepoden, Fische: Sekundärproduktion; Abbau und Wiederverwertung ---> CO²+Mineralsalze -->
4)Algen + Cyanobakterien: Primärproduktion + oxygene Photosynthese

Front 30

Ökol. MiBi

Übersicht: Chrakterisierung einer mikrobiellen Gemeinschaft und ihrer Aktivität an einem natürlichen Standort

Back 30

Zeichnung VL 9

Front 31

Ökol. MiBi

Vergleich Labor - nat. Standtort

Back 31

Vergleich Labor - nat. Standtort

Reinkultur ----- nicht!! -> unermeßl. Diversität
MOs als unabhäng. Einzelwesen ----- strukt. Anordnung von MOs in unterschdl. physiol. Zuständen
Homogener phys. Zustand ----- Interaktion als Regelfall

Front 32

Ökol. MiBi

Fünf-Phasen-Modell der Biofilm- / Zellaggregatbildung

Back 32

Fünf-Phasen-Modell der Biofilm- / Zellaggregatbildung
1. Reversible Anheftung: - physikochemische Absorption:
-elektr.stat. & andere intermolekulare Kräfte
- erleichertung durch coditioning film und Flagellen

2. Irreversible Anheftung: -Veränderung der Zelloberfläche durch:
- Adhäsionsproteine
- Fimbrien; Pili
- Extrazelluläre polymere Substanzen (EPS)

3. Proliferation
a. Aggregatio von Bakt. auf der Oberfläche
b. Ablagerung weiterer planktonischer Zellen
c. Wachstum/ Zellteilung

4. Maturation
- Differenzierung zum strukturierten Biofilm

5. Disintegration
- Ablösung, Verbreitung von Biofilmmaterial

Front 33

Ökol. MiBi

Extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) 6

Back 33

EPS:
- 50 - 95% Wasser
- Polysaccharide
- Proteine (z.B. Enzyme)
- Nukleinsäuren
- Lipide
- "Zelltrümmer"
--> Zusammen ist EPS ca. 60-98% der Biofilmtrockenmasse

Front 34

Ökol. MiBi

Vorteile für Zellen in Biofilmen (3)

Back 34

Vorteile für Zellen in Biofilmen
1. Dauerhafte Besiedlung günstiger Habitate
2. Ermöglichung/ Vereinfachung von Interaktionen
- Kommensalismus, Symbiose/Syntrophie, Konkurrenz, Parasitismus, Räuber-Beute-Beziehungen
- horiz. Gentransfer
3. Schutzfunktion
- Schutz ggü. Fressfeinden (Protozoen/ Makrophagen)
- ausgeprägte Resistenz ggü. antimikrobiellen Substanzen (Antibiotika, Desinfektoinsmittel, Tenside)

Front 35

Ökol. MiBi

Grundformen chem. Interaktion von MOs

Back 35

Grundformen chem. Interaktion von MOs
Allelopathie: Beeinflussung anderer Organ. durch freigesetzte chem. Verb.

Kommunikation:
Sender ----------------------------------------> Empfänger
Biosynth des Sig. Infochemk. Sig.rezep./ Signaltransduktion/ Zielgene/proteine

Antibiose:
Produzent -----------------------------------------> Konkurrent
Biosyn. inhibitorischer Subst. Zielmoleküle

Front 36

Ökol. MiBi

Induktion der Biolumineszenz in Aliivibrio fischeri

Back 36

Induktion der Biolumineszenz in Aliivibrio fischeri

lux-Operon

luxR___luxBox___luxl___luxCDABE

lux R: Regulator
Luxl: Induktor-Synthase
Induktor: OHHL

AHL: Acyl-Homoserin-Laktone: Positive Feedback Regulation:
AHL werden stetig produziert, ab bestimmter Konzentration werden Proteine/ Gene aktiviert

Front 37

Ökol. MiBi

QS-Regulierte Eigenschaften 4

Back 37

QS-regulierte EIgenschaften
1. Biolumineszenz
2. Biosynth. von Sekundärmetaboliten
3. Zellaggregation
4. Extrazelluläre hydrolytische Enzyme
5. Virulenz (Gegenmaß. Q-Quenching: Block/ Abbau der Signalmoleküle)
...

Wo spielen solche Eigenschaften eine Rolle?
1. Symbiose
2. Pathogenese
3. Konkurrenz zw. Bakterien

Front 38

VL Ten

Telomtheorie (5)

Back 38

Telomtheorie:
phylogenetische Entstehung des Kormus aus blattlosem Telom
1. Übergipfelung: 1 Trieb über 2.Trieb -> Haupt- und Seitenachse
2. Planation: Ausrichtung der Seitenachsen in eine Ebene
3. Verwachsungsphase: parenchym. Gewebe zw. Seitenachsen II 2D: Blatt II 3D: Sprossachsenformationen
4. Reduktion: übergipfeltes Telom reduziert: Nadelblätter II achselst. Sporangien der Bärlappe II
5. Einkrümmung: endständ. Telome krümmen ein: rand-,seiten-, unterständige Sporangien der Sprophylle der Farnartigen + Fruchtblatt der Angios

Front 39

VL Tiere

Leishmaniose - Kinetoplastida

Back 39

Leishmania spec.
1) Sandmücke nimmt Blut mir Promastigoten auf
2) Prmstg werden phagozytiert
3) in Makrophagen reifen diese zu Amastigoten
4) lyse -> infektion anderer Zellen
5) Sandmücke nimmt Blut + Amastigote auf
6) Darm Sandmücke Amstg -> Prmstg
7) Saugapparat -> neue Infektion Mensch