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24.3: Ökologie von Pilzen - Biologie

24.3: Ökologie von Pilzen - Biologie


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Fähigkeiten zum Entwickeln

  • Beschreiben Sie die Rolle von Pilzen im Ökosystem
  • Beschreiben Sie die gegenseitigen Beziehungen von Pilzen mit Pflanzenwurzeln und photosynthetischen Organismen
  • Beschreiben Sie die vorteilhafte Beziehung zwischen einigen Pilzen und Insekten

Pilze spielen eine entscheidende Rolle im Gleichgewicht von Ökosystemen. Sie können in scheinbar lebensfeindlichen Umgebungen wie der Tundra gedeihen, dank einer äußerst erfolgreichen Symbiose mit photosynthetischen Organismen wie Algen, um Flechten zu produzieren. Pilze sind in der Art und Weise, wie große Tiere oder hohe Bäume erscheinen, nicht offensichtlich. Doch wie Bakterien sind sie die wichtigsten Zersetzer der Natur. Pilze bauen mit ihrem vielseitigen Stoffwechsel organisches Material ab, das sonst nicht recycelt werden würde.

Lebensräume

Obwohl Pilze in erster Linie mit feuchten und kühlen Umgebungen in Verbindung gebracht werden, die eine Versorgung mit organischer Substanz bieten, besiedeln sie eine überraschende Vielfalt von Lebensräumen, von Meerwasser bis hin zu menschlicher Haut und Schleimhäuten. Chytriden kommen hauptsächlich in Gewässern vor. Andere Pilze, wie z Coccidioides immitis, das beim Einatmen seiner Sporen eine Lungenentzündung verursacht, gedeiht in den trockenen und sandigen Böden des Südwestens der Vereinigten Staaten. Im Meer leben Pilze, die Korallenriffe parasitieren. Die meisten Mitglieder der Königreichspilze wachsen jedoch auf dem Waldboden, wo die dunkle und feuchte Umgebung reich an verrottenden Pflanzen- und Tierabfällen ist. In diesen Umgebungen spielen Pilze eine große Rolle als Zersetzer und Recycler, die es den Angehörigen der anderen Königreiche ermöglichen, sich mit Nährstoffen zu versorgen und zu leben.

Zersetzer und Recycler

Ohne Organismen, die organisches Material abbauen, wäre das Nahrungsnetz unvollständig (Abbildung (PageIndex{1})). Einige Elemente – wie Stickstoff und Phosphor – werden von biologischen Systemen in großen Mengen benötigt, sind aber in der Umwelt nicht reichlich vorhanden. Durch die Wirkung von Pilzen werden diese Elemente aus zerfallendem Material freigesetzt und für andere lebende Organismen verfügbar gemacht. Spurenelemente, die in vielen Lebensräumen in geringen Mengen vorhanden sind, sind für das Wachstum unerlässlich und würden in verrottenden organischen Stoffen gebunden bleiben, wenn Pilze und Bakterien sie nicht über ihre Stoffwechselaktivität in die Umwelt zurückführen.

Die Fähigkeit von Pilzen, viele große und unlösliche Moleküle abzubauen, liegt an ihrer Ernährungsweise. Wie bereits erwähnt, geht die Verdauung der Einnahme voraus. Pilze produzieren eine Vielzahl von Exoenzymen, um Nährstoffe zu verdauen. Die Enzyme werden entweder in das Substrat freigesetzt oder bleiben an der Außenseite der Pilzzellwand gebunden. Große Moleküle werden in kleine Moleküle zerlegt, die von einem in die Zellmembran eingebetteten System von Proteinträgern in die Zelle transportiert werden. Da die Bewegung kleiner Moleküle und Enzyme von der Anwesenheit von Wasser abhängt, hängt das aktive Wachstum von einem relativ hohen Feuchtigkeitsanteil in der Umgebung ab.

Als Saprobe tragen Pilze dazu bei, ein nachhaltiges Ökosystem für Tiere und Pflanzen zu erhalten, die denselben Lebensraum teilen. Pilze ergänzen nicht nur die Umwelt mit Nährstoffen, sondern interagieren auch direkt mit anderen Organismen auf vorteilhafte und manchmal auch schädliche Weise (Abbildung (PageIndex{2})).

Gegenseitige Beziehungen

Symbiose ist die ökologische Interaktion zwischen zwei Organismen, die zusammenleben. Die Definition beschreibt nicht die Qualität der Interaktion. Wenn beide Mitglieder des Vereins profitieren, wird die symbiotische Beziehung als wechselseitig bezeichnet. Pilze gehen mit vielen Arten von Organismen, einschließlich Cyanobakterien, Algen, Pflanzen und Tieren, gegenseitige Assoziationen ein.

Pilz-/Pflanzen-Mutualismus

Eine der bemerkenswertesten Assoziationen zwischen Pilzen und Pflanzen ist die Etablierung von Mykorrhizen. Mykorrhiza, was von den griechischen Wörtern kommt myko bedeutet Pilz und Rhizo bedeutet Wurzel, bezieht sich auf die Verbindung zwischen Gefäßpflanzenwurzeln und ihren symbiotischen Pilzen. Etwa 80 bis 90 Prozent aller Pflanzenarten haben Mykorrhiza-Partner. In einer Mykorrhiza-Assoziation nutzen die Pilzmyzelien ihr ausgedehntes Netzwerk von Hyphen und ihre große Oberfläche in Kontakt mit dem Boden, um Wasser und Mineralien aus dem Boden in die Pflanze zu leiten. Im Gegenzug liefert die Pflanze die Produkte der Photosynthese, um den Stoffwechsel des Pilzes anzukurbeln.

Es gibt verschiedene Arten von Mykorrhiza. Ektomykorrhizen („äußere“ Mykorrhiza) hängen von Pilzen ab, die die Wurzeln mit einer Hülle (einem sogenannten Mantel) umhüllen und einem Hartig-Netz aus Hyphen, das sich zwischen den Zellen in die Wurzeln erstreckt (Abb. 24.3.3). Der Pilzpartner kann zu den Ascomycota, Basidiomycota oder Zygomycota gehören. Bei einem zweiten Typ bilden die Glomeromyceten-Pilze vesikulär-arbuskuläre Wechselwirkungen mit arbuskulären Mykorrhiza (manchmal auch Endomykorrhiza genannt). Bei diesen Mykorrhiza bilden die Pilze Arbuskel, die Wurzelzellen durchdringen und Ort des metabolischen Austauschs zwischen Pilz und Wirtspflanze sind (Abbildung (PageIndex{3}) und Abbildung (PageIndex{4})) . Die Arbuskeln (aus dem Lateinischen für Bäumchen) haben ein strauchartiges Aussehen. Orchideen sind auf eine dritte Art von Mykorrhiza angewiesen. Orchideen sind Epiphyten, die kleine Samen ohne viel Lagerung bilden, um Keimung und Wachstum aufrechtzuerhalten. Ihre Samen keimen nicht ohne einen Mykorrhiza-Partner (normalerweise ein Basidiomycet). Nachdem die Nährstoffe im Samen aufgebraucht sind, unterstützen Pilzsymbionten das Wachstum der Orchidee, indem sie die notwendigen Kohlenhydrate und Mineralien liefern. Einige Orchideen sind während ihres gesamten Lebenszyklus Mykorrhiza.

Kunstverbindung

Welche Auswirkungen hätte dies Ihrer Meinung nach auf das Pflanzenwachstum, wenn symbiotische Pilze im Boden fehlen?

Andere Beispiele für Pilz-Pflanzen-Mutualismus sind die Endophyten: Pilze, die im Gewebe leben, ohne die Wirtspflanze zu schädigen. Endophyten setzen Toxine frei, die Pflanzenfresser abwehren oder Resistenz gegen Umweltstressfaktoren wie Infektionen durch Mikroorganismen, Trockenheit oder Schwermetalle im Boden verleihen.

Evolution-Verbindung

Koevolution von Landpflanzen und MykorrhizaeMykorrhizae sind die für beide Seiten vorteilhafte symbiotische Verbindung zwischen Wurzeln von Gefäßpflanzen und Pilzen. Eine allgemein anerkannte Theorie besagt, dass Pilze maßgeblich an der Evolution des Wurzelsystems von Pflanzen beteiligt waren und zum Erfolg der Angiospermen beigetragen haben. Die Moose (Moose und Lebermoose), die als die primitivsten Pflanzen gelten und als erste auf dem Trockenen überleben, haben kein echtes Wurzelsystem; einige haben vesikulär-arbuskuläre Mykorrhiza, andere nicht. Sie sind auf ein einfaches Rhizoide (ein unterirdisches Organ) angewiesen und können in trockenen Gebieten nicht überleben. Echte Wurzeln traten in Gefäßpflanzen auf. Gefäßpflanzen, die aus den in Moosen vorkommenden Rhizoiden ein System dünner Fortsätze entwickelt haben, wird ein Selektionsvorteil zugeschrieben, da sie eine größere Kontaktfläche zu den Pilzpartnern als die Moose und Lebermoose hatten und somit mehr Nährstoffe aufnehmen im Boden.

Fossile Aufzeichnungen zeigen, dass Pilze Pflanzen auf trockenem Land vorausgingen. Die erste Assoziation zwischen Pilzen und photosynthetischen Organismen an Land betraf moosähnliche Pflanzen und Endophyten. Diese frühen Assoziationen entwickelten sich, bevor Wurzeln in Pflanzen erschienen. Langsam führten die Vorteile der Wechselwirkungen zwischen Endophyten und Rhizoiden für beide Partner zu den heutigen Mykorrhizen; bis zu etwa 90 Prozent der heutigen Gefäßpflanzen haben Assoziationen mit Pilzen in ihrer Rhizosphäre. Die an Mykorrhizen beteiligten Pilze weisen viele Merkmale primitiver Pilze auf; Sie produzieren einfache Sporen, zeigen wenig Diversifizierung, haben keinen sexuellen Fortpflanzungszyklus und können nicht außerhalb einer Mykorrhiza-Assoziation leben. Die Pflanzen profitierten von der Assoziation, da Mykorrhizen es ihnen ermöglichten, aufgrund einer erhöhten Nährstoffaufnahme in neue Habitate zu ziehen, und dies gab ihnen einen selektiven Vorteil gegenüber Pflanzen, die keine symbiotischen Beziehungen aufbauten.

Flechten

Flechten weisen eine Reihe von Farben und Texturen auf (Abbildung (PageIndex{5})) und können in den ungewöhnlichsten und lebensfeindlichsten Lebensräumen überleben. Sie bedecken Felsen, Grabsteine, Baumrinde und den Boden in der Tundra, wo Pflanzenwurzeln nicht eindringen können. Flechten können längere Trockenperioden überleben, wenn sie vollständig austrocknen, und werden dann schnell aktiv, sobald wieder Wasser zur Verfügung steht.

Link zum Lernen

Erkunden Sie die Welt der Flechten mit dieser Website der Oregon State University.

Flechten sind kein Einzelorganismus, sondern ein Beispiel für einen Mutualismus, bei dem ein Pilz (meist ein Mitglied des Ascomycota- oder Basidiomycota-Stammes) in engem Kontakt mit einem photosynthetischen Organismus (einer eukaryotischen Alge oder einem prokaryotischen Cyanobakterium) lebt (Abbildung (PageIndex{6})). Im Allgemeinen können weder der Pilz noch der photosynthetische Organismus außerhalb der symbiotischen Beziehung alleine überleben. Der Körper einer Flechte, der als Thallus bezeichnet wird, besteht aus Hyphen, die um den Photosynthesepartner gewickelt sind. Der photosynthetische Organismus liefert Kohlenstoff und Energie in Form von Kohlenhydraten. Einige Cyanobakterien binden Stickstoff aus der Atmosphäre und tragen so stickstoffhaltige Verbindungen zur Assoziation bei. Im Gegenzug liefert der Pilz Mineralien und Schutz vor Trockenheit und zu viel Licht, indem er die Algen in sein Myzel einhüllt. Der Pilz bindet auch den symbiotischen Organismus an das Substrat.

Der Thallus von Flechten wächst sehr langsam und vergrößert seinen Durchmesser um einige Millimeter pro Jahr. Sowohl der Pilz als auch die Alge sind an der Bildung von Ausbreitungseinheiten zur Fortpflanzung beteiligt. Flechten produzieren Soredien, Ansammlungen von Algenzellen, die von Myzelien umgeben sind. Soredien werden durch Wind und Wasser verbreitet und bilden neue Flechten.

Flechten reagieren extrem empfindlich auf Luftverschmutzung, insbesondere auf abnormale Stickstoff- und Schwefelwerte. Der US Forest Service und der National Park Service können die Luftqualität überwachen, indem sie die relative Häufigkeit und Gesundheit der Flechtenpopulation in einem Gebiet messen. Flechten erfüllen viele ökologische Funktionen. Karibu und Rentiere fressen Flechten und bieten kleinen Wirbellosen, die sich im Myzel verstecken, Deckung. Bei der Herstellung von Textilien verwendeten Weber Flechten zum Färben von Wolle über viele Jahrhunderte bis zum Aufkommen synthetischer Farbstoffe.

Link zum Lernen

Flechten werden verwendet, um die Luftqualität zu überwachen. Lesen Sie mehr auf dieser Seite des United States Forest Service.

Pilz-/Tier-Mutualismus

Pilze haben Mutualismen mit zahlreichen Insekten im Phylum Arthropoda entwickelt: gegliederte, mit Beinen versehene Wirbellose. Arthropoden sind zum Schutz vor Fressfeinden und Krankheitserregern auf den Pilz angewiesen, während der Pilz Nährstoffe erhält und Sporen in neue Umgebungen verbreiten kann. Die Assoziation zwischen Basidiomycota-Arten und Schildläusen ist ein Beispiel. Das Pilzmyzel bedeckt und schützt die Insektenkolonien. Die Schildläuse fördern einen Nährstofffluss von der parasitierten Pflanze zum Pilz. In einem zweiten Beispiel züchten Blattschneideameisen Mittel- und Südamerikas buchstäblich Pilze. Sie schneiden Blattscheiben von Pflanzen und stapeln sie in Gärten (Abbildung (PageIndex{7})). In diesen Scheibengärten werden Pilze kultiviert, die die Zellulose in den Blättern verdauen, die die Ameisen nicht abbauen können. Sobald kleinere Zuckermoleküle von den Pilzen produziert und verzehrt werden, werden die Pilze wiederum zu einer Mahlzeit für die Ameisen. Die Insekten patrouillieren auch in ihrem Garten und jagen konkurrierende Pilze. Sowohl Ameisen als auch Pilze profitieren von der Assoziation. Der Pilz erhält eine stetige Blattversorgung und Konkurrenzfreiheit, während sich die Ameisen von den von ihnen kultivierten Pilzen ernähren.

Pilzfresser

Die Verbreitung durch Tiere ist für einige Pilze wichtig, da ein Tier Sporen über beträchtliche Entfernungen von der Quelle tragen kann. Pilzsporen werden im Magen-Darm-Trakt eines Tieres selten vollständig abgebaut, und viele können keimen, wenn sie mit dem Kot ausgeschieden werden. Einige Dungpilze benötigen tatsächlich einen Durchgang durch das Verdauungssystem von Pflanzenfressern, um ihren Lebenszyklus zu vervollständigen. Der schwarze Trüffel – eine geschätzte Gourmet-Delikatesse – ist der Fruchtkörper eines unterirdischen Pilzes. Fast alle Trüffel sind Ektomykorrhiza-Trüffel und werden normalerweise in enger Verbindung mit Bäumen gefunden. Tiere fressen Trüffel und verteilen die Sporen. In Italien und Frankreich verwenden Trüffeljäger weibliche Schweine, um Trüffel zu erschnüffeln. Weibliche Schweine werden von Trüffeln angezogen, weil der Pilz eine flüchtige Verbindung freisetzt, die eng mit einem von männlichen Schweinen produzierten Pheromon verwandt ist.

Zusammenfassung

Pilze haben fast alle Umgebungen der Erde besiedelt, werden jedoch häufig an kühlen, dunklen, feuchten Orten mit einem Vorrat an verrottendem Material gefunden. Pilze sind Saprobes, die organisches Material zersetzen. Viele erfolgreiche gegenseitige Beziehungen beinhalten einen Pilz und einen anderen Organismus. Viele Pilze bauen komplexe Mykorrhiza-Assoziationen mit den Wurzeln von Pflanzen auf. Einige Ameisen züchten Pilze als Nahrungsquelle. Flechten sind eine symbiotische Beziehung zwischen einem Pilz und einem photosynthetischen Organismus, normalerweise einer Alge oder einem Cyanobakterium. Der photosynthetische Organismus liefert Energie aus Licht und Kohlenhydraten, während der Pilz Mineralien und Schutz liefert. Einige Tiere, die Pilze konsumieren, helfen dabei, Sporen über weite Entfernungen zu verbreiten.

Kunstverbindungen

[link] Wenn symbiotische Pilze im Boden fehlen, welche Auswirkungen hätte dies Ihrer Meinung nach auf das Pflanzenwachstum?

[link] Ohne Mykorrhiza können Pflanzen keine ausreichenden Nährstoffe aufnehmen, was ihr Wachstum hemmt. Die Zugabe von Pilzsporen zu sterilem Boden kann dieses Problem lindern.

Rezensionsfragen

Welcher Begriff beschreibt die enge Verbindung eines Pilzes mit der Wurzel eines Baumes?

  1. ein Rhizoide
  2. eine Flechte
  3. eine Mykorrhiza
  4. ein Endophyt

C

Warum sind Pilze wichtige Zersetzer?

  1. Sie produzieren viele Sporen.
  2. Sie können in vielen verschiedenen Umgebungen wachsen.
  3. Sie produzieren Myzelien.
  4. Sie recyceln Kohlenstoff und anorganische Mineralien durch den Zersetzungsprozess.

D

Freie Antwort

Warum nützt Lichtschutz eigentlich dem Photosynthesepartner bei Flechten?

Der Schutz vor überschüssigem Licht, das photosynthetische Pigmente ausbleichen kann, ermöglicht es dem photosynthetischen Partner, in für Pflanzen ungünstigen Umgebungen zu überleben.

Glossar

arbuskuläre Mykorrhiza
Mykorrhiza-Assoziation, bei der die Pilzhyphen in die Wurzelzellen eindringen und ausgedehnte Netzwerke bilden
Ektomykorrhiza
Mykorrhizapilze, die die Wurzeln mit einem Mantel umgeben und ein Hartig-Netz haben, das sich in die Wurzeln zwischen den Zellen erstreckt
Flechte
enge Verbindung eines Pilzes mit einer photosynthetischen Alge oder einem Bakterium, von der beide Partner profitieren
Mykorrhiza
Mutualistische Assoziation zwischen Pilzen und Gefäßpflanzenwurzeln
Wundheilung
Ansammlungen von Algenzellen und Myzelien, die die Vermehrung von Flechten ermöglichen


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