BIOGEOCHEMIA STECHIOMETRIA EKOLOGICZNA

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "BIOGEOCHEMIA STECHIOMETRIA EKOLOGICZNA"

Stanisława Dziedzic
8 lat temu
Przeglądów:

1 BIOGEOCHEMIA STECHIOMETRIA EKOLOGICZNA

2 SKŁAD CHEMICZNY ORGANIZMÓW

3 SKŁAD CHEMICZNY ORGANIZMÓW DNA,RNA, ATP Węglowodany Tłuszcze Białka Woda Związki chemiczne P N O H C O H C O H C S N O H C O H świnia ryba grzyb Roślina Bakteria Zawartość % w organizmach Pierwiastki

2 3.5 0.4 0.4 2.5 O H C 20.1 12 3.6 1.4 17.

4 Przeciętny skład chemiczny wszystkich organizmów Ŝywych Pierwiastek Zawartość[% masy] O C H N Ca K Si Mg S Al P Cl Fe Mn Na 0.190

346 H 6.590 N 0.502 Ca 0.378 K 0.229 Si 0.121 Mg 0.

5 ZałoŜenia i podstawowe obserwacje Skład chemiczny organizmów moŝna przedstawić w formie proporcji stechiometrycznych

6 O: 35 kg; C: 17.5 kg; H: 6.25 kg; N: 1.5 kg; P: 0.5 kg; S: 0.1 kg Na: 70g; K: 120g; Cl: 74g; Mg: 16g; Si: 18g Fe, Zn, Cu, I, Mn, F, Cr, Se, Mo, Co... Co: 1mg Tycjan, 1538 Homo sapiens, ok. 61 kg

7 Wzór stechiometryczny organizmu ssaka C:N:P = 84:6:1 H O C N Ca P S Na K C l Mg Si Fe 2680 Zn 2110 Cu 76 I 14 Mn 13 F 13 Cr 7 Se 4 Mo 3 Co 1 Michał Anioł, 1535 Homo sapiens

183000 K 177000 C l127000 Mg 40000 Si 38600 Fe 2680 Zn 2110 Cu 76

8 Wzór stechiometryczny ciała ludzkiego H O C N Ca P S Na K C l Mg Si Fe 2680 Zn 2110 Cu 76 I 14 Mn 13 F 13 Cr 7 Se 4 Mo 3 Co 1 C:N:P = 84:6:1

206000 Na 183000 K 177000 C l127000 Mg 40000 Si 38600 Fe

9 Przeciętne proporcje pierwiastków (C, N i P) w składzie ciała organizmów planktonowych\ podobny do proporcji w składzie wody morskiej C : N : P Zooplankton 103 : 16,5 : 1 Fitoplankton 108 : 15,5 : 1 Plankton łącznie 106 : 16 : 1

składzie wody morskiej C : N : P Zooplankton 103 : 16,5

10 PROPORCJA REDFIELDA (Redfield 1934, 1942, 1958, Redfield et al ) C : N : P = 106 : 16 : 1 fotosynteza 106 CO NO HPO H 2 O + 18H + (+ śladowe + energia) <==> {C 106 H 263 O 110 N 16 P 1 } O 2 {(CH 2 O) 106 (NH 3 ) 16 (H 3 PO 4 )}

+ HPO 4 2- + 122H 2 O + 18H + (+ śladowe + energia) <==> {C 106 H

11 2002 Nycz-Wasilec P., 2002: O podejściu stechiometrycznym w badaniach ekologicznych. Wiadomości Ekologiczne 48:

12 Definicja: Stechiometria biologiczna polega na badaniu bilansu energii i wielu pierwiastków chemicznych, w układach biologicznych, od molekuł po ekosystemy Sterner & Elser 2002 (Reiners 1986) James J. Elser, Arizona State University

układach biologicznych, od molekuł po ekosystemy Sterner

13 ZałoŜenia i podstawowe obserwacje Skład chemiczny organizmów moŝna przedstawić w formie proporcji stechiometrycznych W zbadanych przypadkach skład ten okazuje się bardzo zróŝnicowany

14 Międzygatunkowa zmienność składu ciała u róŝnych taksonów planktonu słodkowodnego Sterner & Elser 2002

15 Proporcje stechiometryczne skorupiaków planktonowych Acanthodiapptomus pacificus Bosmina langirostris Daphnia similis 240 C : 48 N : 1 P 5C : 1 N 151 C : 25 N : 1 P 6C : 1N 80 C : 14 N : 1 P 5,7 C : 1 N (Elser & Urabe 1999; Ecology 80(3): )

similis 240 C : 48 N : 1 P 5C : 1 N 151 C : 25 N : 1 P 6C :

16 ZALEśNOŚĆ TEMPA WZROSTU SKORUPIAKÓW PLANKTONOWYCH OD PROPORCJI C:P Hessen et al.. Ecology, 85(5), 2004, pp

17 Korelacja między tempem wzrostu a zawartością RNA róŝnych mikroorganizmów i stawonogów Sterner & Esler 2002

18 ZALEśNOŚĆ ZAWARTOŚCI RNA I FOSFORU CAŁKOWITEGO

19 Homeostaza stechiometryczna

20 Homeostaza stechiometryczna (konsument vs. pokarm) (wg. Sterner& Elser 2004) Stechiometria konsumenta stała proporcjonalność brak homeostazy zupełny brak homeostazy* stała proporcjonalność brak homeostazy Stechiometria konsumenta pełna homeostaza pełna homeostaza pełna homeostaza Stechiometria pokarmu Stechiometria pokarmu * man ist was man isst

zupełny brak homeostazy* stała proporcjonalność brak homeostazy Stechiometria

21 Homeostaza stechiometryczna (konsument vs. zasoby) (Sterner& Elser 2002) Scenedesmus sp. (glon): brak homeostazy

22 Homeostaza stechiometryczna (konsument vs. zasoby) (Sterner& Elser 2002) Bakterie heterotroficzne: ścisła homeostaza

23 Homeostaza stechiometryczna (konsument vs. zasoby) (Sterner& Elser 2002) Grzyby: częściowa homeostaza

24 Stechiomietria wewnątrzkomórkowa Sterner & Elser 2002

25 Stechiomietria biomolekuł Sterner & Elser 2002

26 Wpływ pozycji taksonomicznej i troficznej

27 Stosunki C:N w taksonach roślin W. F. Fagan and R. F. Denno Ecology Letters, (2004) 7:

28 STECHIOMETRIA C:N:P AUTOTROFÓW W EKOSYSTEMACH LĄDOWYCH I SŁODKOWODNYCH James J. Elser*, William F. Fagan*, Robert F. Denno², Dean R. Dobberfuhl*³, Ayoola Folarin*, Andrea Huberty², Sebastian Interlandi, Susan S. Kilham, Edward McCauleyk, Kimberly L. Schulz, Evan H. Siemann# & Robert W. SternerI NATURE VOL NOVEMBER 2000

29 Filogenetyczne róŝnice w zawartości P u owadów Woods et al.; Functional Ecology 2004, 1,

30 Troficzne róŝnice w zawartości N u owadów Fagan et al ; American Naturalist vol. 160, no. 6

31 ZAWARTOŚĆ N W CIAŁACH BEZKRĘGOWCÓW GLEBOWYCH * * * * drapieŝniki * * ZEE, dane niepublikowane

32 ZAWARTOŚĆ P W CIAŁACH BEZKRĘGOWCÓW GLEBOWYCH * drapieŝniki * * * * * ZEE, dane niepublikowane

33 ZAWARTOŚĆ Cu W CIAŁACH BEZKRĘGOWCÓW * * drapieŝniki * * * * ZEE, dane niepublikowane

34 Zawartość fosforu w organizmach bezkręgowców, kręgowców, grzybów, roślin i pyłku 2,5 P P% 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Aranea C.nemoralis Dipl. Dipl. (Julidae) Gnojarze Grzyb Kurczak liście (D.o.) (D.r.) Moll. Opil. Pyłek Scarabeidae świnia Dipl. Scarabeidae liczby oznaczają numer serii pomiarowej Aranea Carabidae Diplopoda Julidae Geotrupes Fungus Gallus Liście Mollusca Opilionida Pyłek Sus ZEE, dane niepublikowane

35 Zawartość manganu w organizmach bezkręgowców i grzybów Mn Carab.lar wy C. nemor alis C.nemor alis C.nem or alis C.nemor alis C.nemolis Curculi rozne Curc uli Dermaptera Diplopoda Diplopoda Diplopoda Diplopoda grz yb Lumbr ic idae Lumbr ic idae Lumbr ic idae pajak i Scarabeidae S carabeidae S carabeidae S carabeidae S carabeidae s kocz.kulis te s kocz.podłuŝne s kocz.podłuŝne wazonk Ld wazonk Tc ZEE, dane niepublikowane

36 STOSUNEK C:N W CIELE BEZKRĘGOWCÓW ZEE, dane niepublikowane

37 STOSUNEK C:P W CIELE BEZKRĘGOWCÓW ZEE, dane niepublikowane

38 STOSUNKI C:N, C:P I C:K W MATERIALE ROŚLINNYM I GRZYBACH ZEE, dane niepublikowane

39 Stechiomeria C:N roślin i zwierząt na mokradłach Spartina. Matsumura et al.. Ecology, 85(9), 2004, pp

40 STECHIOMETRIA C:N BEZKRĘGOWCÓW ZALEśNIE OD POZYCJI TAKSONOMICZNEJ I TROFICZNEJ DENNO & FAGAN Ecology, 84(10), 2003, pp

41 STOSUNEK (C:N POKARMU) / (C:N KONSUMENTA) ZEE, dane niepublikowane

42 STOSUNEK (C:P POKARMU) / (C:P KONSUMENTA)

43 STOSUNEK (C:S POKARMU) / (C:S KONSUMENTA) ZEE, dane niepublikowane

44 STOSUNEK (C:K POKARMU) / (C:K KONSUMENTA) ZEE, dane niepublikowane

45 STOSUNEK (C:Ca POKARMU) / (C:Ca KONSUMENTA) ZEE, dane niepublikowane

46 STOSUNEK (C:Cu POKARMU) / (C:Cu KONSUMENTA) ZEE, dane niepublikowane

47 C, O Autotrof pobiera C i O (CO 2 ) niezaleŝnie od innych pierwiastków H, O N, P, K, Ca... Pobieranie biogenów (N, P, K, Ca...) z roztworu glebowego zaleŝy od ilości transpirowanej wody SELEKTYWNE PRZYSWAJANIE ROLA GRZYBÓW (MIKORYZA)

48 C, H, O, N, P, K, Ca, Na, S... Heterotrof pobiera wszystkie pierwiastki naraz, w takich proporcjach, w jakich są w pokarmie. SELEKTYWNA ASYMILACJA SELEKTYWNE śerowanie ROLA GRZYBÓW

49 STRATEGIA MONOFAGA Ŝerowanie w nadmiarze wydalanie nadmiaru NADMIAR DO WYDALENIA SKŁAD POKARMU SKŁAD CIAŁA KONSUMPCJA POKARMU

50 STRATEGIA POLIFAGA pobieranie róŝnych pokarmów dla skompensowania składu SKŁAD POKARMU SKŁAD CIAŁA KONSUMPCJA POKARMU

51 WYBIÓRCZE śerowanie STRATEGIA PASOśYTA pobieranie wybranych tkanek, części ciała, produktów SKŁAD POKARMU SKŁAD CIAŁA KONSUMPCJA POKARMU

52 DREWNOJADY Jak zrobić chrząszcza z drewna?

53 ZałoŜenia i podstawowe obserwacje Skład chemiczny organizmów moŝna przedstawić w formie proporcji stechiometrycznych W zbadanych przypadkach skład ten okazuje się bardzo zróŝnicowany Znaczna róŝnica stechiometrii pomiędzy poziomami troficznymi ma wpływ na funkcjonowanie sieci troficznych

54 P N C 1 19,24 341,48 ŚREDNIA 1 24,57 614,71 sosna 1 10,13 136,50 dąb 1 10,48 183,57 modrzew 1 19,89 437,00 świerk 1 31,13 335,63 lipa P N C 1 5,20 40,64 ŚREDNIA 1 5,12 41,74 sosna 1 7,00 60,51 dąb 1 3,30 29,83 modrzew 1 5,37 37,60 świerk 1 5,21 33,49 lipa STOSUNEK C:N:P W ŚCIÓŁCE MONOKULTUR LEŚNYCH STOSUNEK C:N:P W GRZYBACH MONOKULTUR LEŚNYCH

55 STOSUNKI STECHIOMETRYCZNE WPŁYWAJĄ NA TEMPO PROCESÓW W EKOSYSTEMACH

56 TEMPO DEKOMPOZYCJI ZALEśY OD STOSUNKU C:N:P Sterner & Elser 2010

57 WPŁYW PROPORCJI C:N:PŚCIÓŁKI NA TEMPO DEKOMPOZYCJI TEMPO DEKOMPOZYCJI ILOŚĆ BAKTERII ILOŚĆ GRZYBÓW Sabine Güsewell and Mark O. Gessner Functional Ecology 2009, 23,

58 Stosunki C:N:P drzew i bezkręgowców Ściółka Detrytusojady AV Armadillidium vulgare Isopoda PL Porcellio laevis Isopoda GA Gryllus alogus Orthoptera ES Eleodes suturalis Coleoptera DrapieŜniki CO Calathus opaculus Coleoptera HF Hogna frondicola Araneae TIBBETS & MOLLES JR Freshwater Biology (2005) 50,

59 Wpływ temperatury, gradienty geograficzne

60 ZALEśNOŚĆ STOSUNKU N:P W LIŚCIACH I ŚCIÓŁCE W ZALEśNOŚCI OD SZEROKOŚCI GEOGRAFICZNEJ McGRODDY, DAUFRESNE & HEDIN Ecology, 85(9), 2004, pp

61 Reich & Oleksyn 2004 [A] Kerkhoff et al. [B] McGroddy et al liście [C] ściółka [D] Redfield Nature 2004 ZaleŜność proporcji N:P liści od szerokości geograficznej gleby tropikalne ubogie w P, bogatsze w N?

Podobne dokumenty

Uczenie się biologii wymaga dobrej organizacji pracy Sposoby odżywiania się organizmów

Temat Uczenie się biologii wymaga dobrej organizacji pracy Sposoby odżywiania się Sposoby oddychania Sposoby rozmnażania się Bakterie a wirusy Protisty Glony przedstawiciele trzech królestw Wymagania na