Seegras -Seagrass

Seegräser
Zeitlicher Bereich:70–0  Ma
Zostera Marina – Nationalmuseum für Natur und Wissenschaft, Tokio – DSC07663.JPG
Zostera marina – die am häufigsten vorkommende Seegrasart der nördlichen Hemisphäre
Wissenschaftliche Klassifikation e
Königreich: Pflanzen
Klade : Tracheophyten
Klade : Angiospermen
Klade : Monocots
Befehl: Alismatales
R.Br. von Bercht . & J. Presl
Familien

Siehe Taxonomie

Seegräser sind die einzigen Blütenpflanzen, die in Meeresumgebungen wachsen . Es gibt etwa 60 Arten vollständig mariner Seegräser, die zu vier Familien gehören ( Posidoniaceae , Zosteraceae , Hydrocharitaceae und Cymodoceaceae ), alle in der Ordnung Alismatales (in der Gruppe der Monokotyledonen ). Seegräser entwickelten sich aus Landpflanzen , die vor 70 bis 100 Millionen Jahren den Ozean neu besiedelten.

Der Name Seegras stammt von den vielen Arten mit langen und schmalen Blättern , die durch Rhizomverlängerung wachsen und sich oft über große „ Wiesen “ ausbreiten, die Grasland ähneln ; Viele Arten ähneln oberflächlich betrachtet Landgräsern der Familie Poaceae .

Wie alle autotrophen Pflanzen photosynthetisieren Seegräser in der untergetauchten photischen Zone und die meisten kommen in flachen und geschützten Küstengewässern vor, die in Sand- oder Schlammböden verankert sind. Die meisten Arten werden unter Wasser bestäubt und schließen ihren Lebenszyklus unter Wasser ab. Während früher angenommen wurde, dass diese Bestäubung ohne Bestäuber und nur durch Meeresströmungsdrift durchgeführt wurde, hat sich dies für mindestens eine Art, Thalassia testudinum , die eine gemischte biotisch-abiotische Strategie durchführt, als falsch erwiesen. Krebstiere (wie Krabben, Majidae zoae , Thalassinidea zoea ) und Syllid- Polychaeten -Wurmlarven wurden beide mit Pollenkörnern gefunden, wobei die Pflanze nahrhafte, schleimige Pollenklumpen produziert, um sie anzuziehen und an ihnen zu haften, anstatt Nektar, wie es terrestrische Blumen tun.

Seegräser bilden dichte Seegraswiesen unter Wasser , die zu den produktivsten Ökosystemen der Welt gehören. Sie fungieren als wichtige Kohlenstoffsenken und bieten Lebensraum und Nahrung für eine mit Korallenriffen vergleichbare Vielfalt an Meereslebewesen .

Überblick

Seegräser sind eine paraphyletische Gruppe mariner Angiospermen , die sich drei- bis viermal parallel von Landpflanzen zurück ins Meer entwickelt haben. Die folgenden Merkmale können verwendet werden, um eine Seegrasart zu definieren. Es lebt in einer Flussmündung oder in der Meeresumwelt und nirgendwo sonst. Die Bestäubung erfolgt unter Wasser mit spezialisierten Pollen. Die Samen, die sowohl durch biotische als auch abiotische Wirkstoffe verbreitet werden, werden unter Wasser produziert. Die Seegrasarten haben spezialisierte Blätter mit einer reduzierten Kutikula , einer Epidermis , die keine Spaltöffnungen aufweist und das wichtigste photosynthetische Gewebe ist. Das Rhizom oder der unterirdische Stamm ist wichtig für die Verankerung . Die Wurzeln können in einer anoxischen Umgebung leben und sind auf den Sauerstofftransport von den Blättern und Rhizomen angewiesen, sind aber auch wichtig für die Nährstoffübertragungsprozesse .

Seegräser haben einen tiefgreifenden Einfluss auf die physikalischen, chemischen und biologischen Umgebungen von Küstengewässern. Obwohl Seegräser unschätzbare Ökosystemleistungen erbringen, indem sie als Brut- und Kinderstube für eine Vielzahl von Organismen fungieren und die kommerzielle Fischerei fördern , sind viele Aspekte ihrer Physiologie nicht gut erforscht. Mehrere Studien haben gezeigt, dass der Lebensraum von Seegras weltweit abnimmt. Zehn Seegrasarten sind einem erhöhten Aussterberisiko ausgesetzt (14 % aller Seegrasarten), wobei drei Arten als gefährdet gelten . Der Verlust von Seegras und die Verschlechterung der Biodiversität von Seegras wird schwerwiegende Auswirkungen auf die Biodiversität der Meere und die menschliche Bevölkerung haben, die von den Ressourcen und Ökosystemleistungen der Seegräser abhängig ist.

Seegräser bilden wichtige Küstenökosysteme. Die weltweite Gefährdung dieser Meereswiesen, die Nahrung und Lebensraum für viele Meeresarten bieten , fordert den Schutz und das Verständnis dieser wertvollen Ressourcen.

Evolution

Evolution des Seegrases
Darstellung des Fortschreitens von marinen Ursprüngen an Land, der Diversifizierung von Landpflanzen und der anschließenden Rückkehr des Seegrases ins Meer

Vor etwa 140 Millionen Jahren entwickelten sich Seegräser aus frühen einkeimblättrigen Pflanzen, denen es gelang, die Meeresumwelt zu erobern. Monokotyle sind Gras und grasähnliche Blütenpflanzen (Angiospermen), deren Samen typischerweise nur ein embryonales Blatt oder Keimblatt enthalten .

Landpflanzen haben sich vielleicht schon vor 450 Millionen Jahren aus einer Gruppe von Grünalgen entwickelt . Seegräser entwickelten sich dann aus Landpflanzen, die zurück in den Ozean wanderten. Vor etwa 70 Millionen bis 100 Millionen Jahren entwickelten sich drei unabhängige Seegras-Linien ( Hydrocharitaceae , Cymodoceaceae- Komplex und Zosteraceae ) aus einer einzigen Linie der einkeimblättrigen Blütenpflanzen.

Andere Pflanzen, die das Meer besiedelten, wie Salzwiesenpflanzen , Mangroven und Meeresalgen , haben vielfältigere evolutionäre Abstammungslinien. Trotz ihrer geringen Artenvielfalt ist es den Seegräsern gelungen, die Festlandsockel aller Kontinente mit Ausnahme der Antarktis zu besiedeln.

Die kürzlich erfolgte Sequenzierung der Genome von Zostera marina und Zostera muelleri hat zu einem besseren Verständnis der Angiospermen - Anpassung an das Meer geführt. Während des evolutionären Schritts zurück zum Ozean sind verschiedene Gene verloren gegangen (z. B. Stomata- Gene) oder wurden reduziert (z. B. Gene, die an der Synthese von Terpenoiden beteiligt sind) und andere wurden wiedererlangt, beispielsweise in Genen, die an der Sulfatierung beteiligt sind .

Genominformationen haben ferner gezeigt, dass die Anpassung an den marinen Lebensraum durch radikale Veränderungen in der Zellwandzusammensetzung erreicht wurde . Die Zellwände von Seegräsern sind jedoch nicht gut verstanden. Zusätzlich zu den angestammten Merkmalen von Landpflanzen würde man einen lebensraumgetriebenen Anpassungsprozess an die neue Umgebung erwarten, die durch mehrere abiotische (hohe Salzmengen) und biotische (verschiedene Seegrasweiden und bakterielle Besiedlung) Stressoren gekennzeichnet ist. Die Zellwände von Seegräsern scheinen komplizierte Kombinationen von Merkmalen zu sein, die sowohl von Angiospermen-Landpflanzen als auch von marinen Makroalgen mit neuen Strukturelementen bekannt sind.

Taxonomie

Heute sind Seegräser eine polyphyletische Gruppe mariner Angiospermen mit etwa 60 Arten in fünf Familien ( Zosteraceae , Hydrocharitaceae , Posidoniaceae , Cymodoceaceae und Ruppiaceae ), die gemäß dem Angiosperm Phylogeny Group IV System zur Ordnung Alismatales gehören. Die im Brackwasser vorkommende Gattung Ruppia wird nicht von allen Autoren als „echtes“ Seegras angesehen und von einigen Autoren zu den Cymodoceaceae verschoben. Das APG IV-System und die Webseite The Plant List teilen diese Familienzuordnung nicht.

Familie Bild Gattungen Beschreibung
Zosteraceae Die Familie der Zosteraceae , auch Seegrasgewächse genannt , umfasst zwei Gattungen mit 14 Meeresarten. Es kommt in gemäßigten und subtropischen Küstengewässern vor, wobei die größte Vielfalt in Korea und Japan zu finden ist.
Art-Zwischensumme:  
Tectura palacea 3.jpg
Phyllospadix
Zostera.jpg
Zostera
Hydrocharitaceae Zur Familie der Hydrocharitaceae , auch bekannt als Bandgräser , gehören kanadische Wasserpest und Froschbiss. Die Familie umfasst sowohl Süß- als auch Meeresaquaristik, obwohl von den sechzehn derzeit anerkannten Gattungen nur drei Meeresbewohner sind. Sie kommen auf der ganzen Welt in einer Vielzahl von Lebensräumen vor, sind aber hauptsächlich tropisch.
Art-Zwischensumme:  
Enhalus acoroides01.jpg
Enhalus
1 Art  
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Halophila
Thalassia hemprichii.jpg
Thalassia
Posidoniaceae Die Familie Posidoniaceae umfasst eine einzige Gattung mit zwei bis neun Meeresarten, die in den Meeren des Mittelmeers und rund um die Südküste Australiens vorkommen .
Art-Zwischensumme: 2 bis 9  
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Posidonia
Cymodoceaceae Die Familie Cymodoceaceae , auch Seekuh-Gras genannt , umfasst nur Meeresarten. Einige Taxonomen erkennen diese Familie nicht an.
Art-Zwischensumme:  
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Amphibolis
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Cymodocea
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Halodule
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Syringodium
Thalassodendron ciliatum.jpg
Thalassodendron
Arten insgesamt:   

Sexuelle Anwerbung

Samen von Posidonia oceanica
(A) Neu freigesetzte Samen (                 B) Eine Woche alt
           in einem Fruchtsamen                                     
FP: Fruchthülle; NRS: neu veröffentlichte Samen; WS: 1 Woche alte Samen; H: Hafthaare; S: Samen; R1: Primärwurzel; Rh: Rhizom; L: Blätter
Die Stadien der sexuellen Rekrutierung von Posidonia oceanica
Ausbreitung, Adhäsion und Ansiedlung

Seegraspopulationen sind derzeit durch eine Vielzahl von anthropogenen Stressoren bedroht . Die Fähigkeit von Seegräsern, mit Umwelteinflüssen fertig zu werden , hängt bis zu einem gewissen Grad von der genetischen Variabilität ab , die durch sexuelle Rekrutierung erreicht wird . Durch die Bildung neuer Individuen erhöhen Seegräser ihre genetische Vielfalt und damit ihre Fähigkeit, neue Gebiete zu besiedeln und sich an Umweltveränderungen anzupassen.

Seegräser haben unterschiedliche Besiedlungsstrategien . Einige Seegräser bilden Samenbänke aus kleinen Samen mit harten Fruchthüllen , die mehrere Monate in der Ruhephase bleiben können. Diese Seegräser sind im Allgemeinen kurzlebig und können sich schnell von Störungen erholen, indem sie nicht weit entfernt von den Elternwiesen keimen (z . B. Halophila sp., Halodule sp., Cymodocea sp., Zostera sp. und Heterozostera sp. Im Gegensatz dazu bilden andere Seegräser eine Ausbreitung Diese Strategie ist typisch für langlebige Seegräser, die schwimmende Früchte mit inneren großen, nicht ruhenden Samen bilden können, wie die Gattungen Posidonia sp ., Enhalus sp. und Thalassia sp. Dementsprechend haben die Samen langlebiger Seegräser a großes Ausbreitungsvermögen im Vergleich zu den Samen des kurzlebigen Typs, das die Artevolution auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen durch die Sämlingsentwicklung der Mutterwiesen ermöglicht.

Das Seegras Posidonia oceanica (L.) Delile ist eine der ältesten und größten Arten der Erde. Ein Individuum kann Wiesen mit einer Breite von fast 15 km bilden und Hunderte bis Tausende von Jahren alt sein. P. oceanica - Wiesen spielen eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der Geomorphologie der Mittelmeerküsten, was unter anderem dieses Seegras zu einem vorrangigen Lebensraum für die Erhaltung macht. Derzeit scheint die Blüte und Rekrutierung von P. oceanica häufiger zu sein als in der Vergangenheit erwartet. Darüber hinaus hat dieses Seegras einzigartige Anpassungen, um sein Überleben während der Rekrutierung zu erhöhen. Die großen Mengen an Nährstoffreserven, die in den Samen dieses Seegrases enthalten sind, unterstützen das Spross- und Wurzelwachstum, sogar bis zum ersten Jahr der Keimlingsentwicklung. In den ersten Monaten der Keimung , wenn die Blattentwicklung knapp ist, führen P. oceanica - Samen eine photosynthetische Aktivität durch, die ihre Photosyntheseraten erhöht und somit den Erfolg der Setzlingsgründung maximiert. Sämlinge zeigen während ihrer Wurzelsystementwicklung auch eine hohe morphologische Plastizität , indem sie haftende Wurzelhaare bilden , um sich selbst an felsigen Sedimenten zu verankern . Viele Faktoren der sexuellen Rekrutierung von P. oceanica bleiben jedoch unbekannt, beispielsweise wann die Photosynthese in Samen aktiv ist oder wie Samen am Substrat verankert bleiben und bestehen bleiben können, bis sich ihre Wurzelsysteme vollständig entwickelt haben.

Gezeiten- und subtidal

Morphologische und photoakklimatische Reaktionen
von Zostera marina -Seegras  im Gezeiten- und im Gezeitenbereich

Seegräser, die in den Gezeiten- und Gezeitenzonen vorkommen, sind aufgrund von Gezeitenänderungen sehr variablen Umweltbedingungen ausgesetzt. Subtidal-Seegräser sind häufiger geringeren Lichtverhältnissen ausgesetzt, angetrieben durch eine Fülle natürlicher und vom Menschen verursachter Einflüsse, die das Eindringen von Licht verringern, indem sie die Dichte von suspendierten undurchsichtigen Materialien erhöhen. Subtidale Lichtverhältnisse können mit hoher Genauigkeit mithilfe künstlicher Intelligenz geschätzt werden, was eine schnellere Minderung ermöglicht, als dies mit In-situ - Techniken möglich war. Seegräser in der Gezeitenzone sind regelmäßig der Luft ausgesetzt und erfahren folglich extrem hohe und niedrige Temperaturen, eine hohe photoinhibitorische Bestrahlung und Austrocknungsstress im Vergleich zu subtidalem Seegras. Solche extremen Temperaturen können zu einem erheblichen Absterben des Seegrases führen, wenn das Seegras bei Ebbe der Luft ausgesetzt ist. Austrocknungsstress während Ebbe gilt als der Hauptfaktor, der die Verbreitung von Seegras in der oberen Gezeitenzone einschränkt. Seegräser, die sich in der Gezeitenzone befinden, sind normalerweise kleiner als die in der Subtidalzone, um die Auswirkungen von Emergenzstress zu minimieren. Gezeitenseegräser zeigen auch lichtabhängige Reaktionen, wie z. B. eine verringerte photosynthetische Effizienz und einen erhöhten Lichtschutz während Zeiten hoher Bestrahlung und Luftexposition.

Zostera Marina Sämling 

Im Gegensatz dazu passen sich Seegräser in der Subtidalzone an reduzierte Lichtverhältnisse an, die durch Lichtdämpfung und -streuung aufgrund der überlagernden Wassersäule und Schwebeteilchen verursacht werden. Seegräser in der tiefen Subtidalzone haben im Allgemeinen längere Blätter und breitere Blattspreiten als solche in der flachen Subtidal- oder Intertidalzone, was mehr Photosynthese ermöglicht, was wiederum zu einem größeren Wachstum führt. Seegräser reagieren auch auf Bedingungen mit reduziertem Licht, indem sie den Chlorophyllgehalt erhöhen und das Chlorophyll a/b-Verhältnis verringern , um die Lichtabsorptionseffizienz durch effiziente Nutzung der reichlich vorhandenen Wellenlängen zu verbessern. Da Seegräser in den Gezeiten- und Gezeitenzonen sehr unterschiedlichen Lichtbedingungen ausgesetzt sind, zeigen sie deutlich unterschiedliche Reaktionen auf die Photoakklimatisierung, um die photosynthetische Aktivität und den Lichtschutz vor übermäßiger Bestrahlung zu maximieren.

Seegräser assimilieren große Mengen an anorganischem Kohlenstoff , um eine hohe Produktion zu erreichen. Marine Makrophyten , einschließlich Seegras, verwenden sowohl CO 2 als auch HCO
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( Bikarbonat ) zur photosynthetischen Kohlenstoffreduktion. Trotz Luftexposition bei Ebbe können Seegräser in der Gezeitenzone weiterhin Photosynthese betreiben, indem sie CO 2 in der Luft nutzen. Daher variiert die Zusammensetzung der anorganischen Kohlenstoffquellen für die Photosynthese von Seegras wahrscheinlich zwischen Gezeiten- und Gezeitenpflanzen. Da sich die stabilen Kohlenstoffisotopenverhältnisse von Pflanzengeweben basierend auf den anorganischen Kohlenstoffquellen für die Photosynthese ändern, können Seegräser in den Gezeiten- und Subtidalzonen unterschiedliche stabile Kohlenstoffisotopenverhältnisbereiche aufweisen.

Seegraswiesen

Seegrasbett mit mehreren Seeigeln
Seegrasbett mit dichtem Schildkrötengras ( Thalassia testudinum ) und einer unreifen Königsmuschel ( Eustrombus gigas )

Seegraswiesen /Wiesen können entweder monospezifisch (bestehend aus einer einzigen Art) oder in gemischten Beeten sein. In gemäßigten Gebieten dominieren normalerweise eine oder wenige Arten (wie das Seegras Zostera marina im Nordatlantik), während tropische Betten normalerweise vielfältiger sind, mit bis zu dreizehn Arten , die auf den Philippinen registriert wurden .

Seegraswiesen sind vielfältige und produktive Ökosysteme und können Hunderte assoziierter Arten aus allen Phyla beherbergen , zum Beispiel junge und erwachsene Fische , epiphytische und freilebende Makroalgen und Mikroalgen , Mollusken , Borstenwürmer und Nematoden . Es wurde ursprünglich angenommen, dass nur wenige Arten sich direkt von Seegrasblättern ernähren (teilweise wegen ihres geringen Nährstoffgehalts), aber wissenschaftliche Untersuchungen und verbesserte Arbeitsmethoden haben gezeigt, dass die Pflanzenfresserei von Seegras ein wichtiges Glied in der Nahrungskette ist und Hunderte von Arten, einschließlich grüner Schildkröten , ernährt , Dugongs , Seekühe , Fische , Gänse , Schwäne , Seeigel und Krabben . Einige Fischarten, die Seegräser besuchen/ernähren, ziehen ihre Jungen in angrenzenden Mangroven oder Korallenriffen auf .

Seegras fängt Sedimente ein und verlangsamt die Wasserbewegung, wodurch sich Schwebstoffe absetzen. Das Einfangen von Sedimenten kommt Korallen zugute , indem die Sedimentbelastung verringert und die Photosynthese sowohl für Korallen als auch für Seegras verbessert wird.

Obwohl oft übersehen, bieten Seegräser eine Reihe von Ökosystemleistungen . Seegräser gelten als Ökosystemingenieure . Das bedeutet, dass die Pflanzen das sie umgebende Ökosystem verändern. Diese Anpassung erfolgt sowohl in physikalischer als auch in chemischer Form. Viele Seegrasarten produzieren ein ausgedehntes unterirdisches Netzwerk aus Wurzeln und Rhizomen , das Sedimente stabilisiert und die Küstenerosion reduziert . Dieses System trägt auch zur Sauerstoffversorgung des Sediments bei und bietet eine gastfreundliche Umgebung für im Sediment lebende Organismen . Seegräser verbessern auch die Wasserqualität, indem sie Schwermetalle, Schadstoffe und überschüssige Nährstoffe stabilisieren. Die langen Seegrashalme verlangsamen die Wasserbewegung, was die Wellenenergie reduziert und zusätzlichen Schutz vor Küstenerosion und Sturmfluten bietet . Da Seegräser Unterwasserpflanzen sind, produzieren sie außerdem erhebliche Mengen an Sauerstoff, die die Wassersäule mit Sauerstoff versorgen. Diese Wiesen machen mehr als 10 % der gesamten Kohlenstoffspeicherung des Ozeans aus. Er enthält pro Hektar doppelt so viel Kohlendioxid wie Regenwälder und kann jährlich etwa 27,4 Millionen Tonnen CO 2 binden.

Seegraswiesen bieten vielen marinen Pflanzenfressern Nahrung. Meeresschildkröten, Seekühe, Papageienfische, Doktorfische, Seeigel und Nadelfische ernähren sich von Seegräsern. Viele andere kleinere Tiere ernähren sich von Epiphyten und Wirbellosen, die auf und zwischen Seegrashalmen leben. Seegraswiesen bieten auch physischen Lebensraum in Gebieten, die sonst ohne Vegetation wären. Aufgrund dieser dreidimensionalen Struktur in der Wassersäule besetzen viele Arten Seegraslebensräume als Unterschlupf und Nahrungssuche. Es wird geschätzt, dass 17 Arten von Korallenrifffischen ihre gesamte jugendliche Lebensphase ausschließlich auf Seegrasebenen verbringen. Diese Lebensräume fungieren auch als Aufzuchtgebiete für kommerziell und für Freizeitzwecke geschätzte Fischereiarten, einschließlich des Gag-Zackenbarschs ( Mycteroperca microlepis ), der roten Trommel, des gemeinen Snooks und vieler anderer. Einige Fischarten nutzen Seegraswiesen und verschiedene Stadien des Lebenszyklus. In einer kürzlich veröffentlichten Veröffentlichung entdeckten Dr. Ross Boucek und Kollegen, dass zwei sehr begehrte Plattfische, der Gemeine Snook und die Gefleckte Meerforelle , einen wesentlichen Lebensraum für die Nahrungssuche während der Fortpflanzung bieten. Sexuelle Fortpflanzung ist extrem energieintensiv, um mit gespeicherter Energie abgeschlossen zu werden; Daher benötigen sie Seegraswiesen in unmittelbarer Nähe zur vollständigen Fortpflanzung. Darüber hinaus leben viele kommerziell wichtige wirbellose Tiere auch in Seegrashabitaten, darunter die Jakobsmuschel ( Argopecten irradians ) , Pfeilschwanzkrebse und Garnelen . Charismatische Fauna kann auch beim Besuch der Seegraslebensräume beobachtet werden. Zu diesen Arten gehören westindische Seekühe , grüne Meeresschildkröten und verschiedene Haiarten. Die große Vielfalt an Meeresorganismen, die in Seegraslebensräumen zu finden sind, macht sie zu einer Touristenattraktion und einer bedeutenden Einnahmequelle für viele Küstenwirtschaften entlang des Golfs von Mexiko und in der Karibik.

Seegras-Mikrobiom

Prozesse im Seegras-Holobionten
Die wichtigsten miteinander verbundenen Prozesse innerhalb des Seegras -Holobionten beziehen sich auf Prozesse im Kohlenstoff-, Stickstoff- und Schwefelkreislauf. Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) bestimmt die photosynthetische Aktivität der Seegraspflanze, die bestimmt, wie viel Kohlendioxid gebunden wird, wie viel gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) aus den Blättern und dem Wurzelsystem ausgeschieden wird und wie viel Sauerstoff in die Rhizosphäre transportiert wird . Der Sauerstofftransport in die Rhizosphäre verändert die Redoxbedingungen in der Rhizosphäre und unterscheidet sie von den umgebenden Sedimenten, die normalerweise anoxisch und sulfidisch sind .

Holobiont aus Seegras

Das Konzept des Holobionten , das die Bedeutung und Wechselwirkungen eines mikrobiellen Wirts mit assoziierten Mikroorganismen und Viren betont und deren Funktion als eine einzige biologische Einheit beschreibt, wurde für viele Modellsysteme untersucht und diskutiert, obwohl es erhebliche Kritik an einem Konzept gibt, das dies betrifft definiert diverse Wirt-Mikroben-Symbiosen als eine einzige biologische Einheit. Die Holobionten- und Hologenom-Konzepte haben sich seit der ursprünglichen Definition weiterentwickelt, und es besteht kein Zweifel, dass symbiotische Mikroorganismen für die Biologie und Ökologie des Wirts von entscheidender Bedeutung sind, indem sie Vitamine, Energie und anorganische oder organische Nährstoffe liefern, an Abwehrmechanismen teilnehmen oder die antreiben Entwicklung des Wirts. Obwohl sich die meisten Arbeiten zu Wechselwirkungen zwischen Wirt und Mikroben auf tierische Systeme wie Korallen, Schwämme oder Menschen konzentrierten, gibt es eine umfangreiche Literatur zu pflanzlichen Holobionten . Pflanzenassoziierte mikrobielle Gemeinschaften beeinflussen beide Schlüsselkomponenten der Fitness von Pflanzen, Wachstum und Überleben, und werden durch Nährstoffverfügbarkeit und Pflanzenabwehrmechanismen geformt. Es wurden mehrere Lebensräume beschrieben, die pflanzenassoziierte Mikroben beherbergen, darunter das Rhizoplane (Oberfläche des Wurzelgewebes), die Rhizosphäre (Peripherie der Wurzeln), die Endosphäre (innerhalb des Pflanzengewebes) und die Phyllosphäre (gesamte oberirdische Oberfläche) . . Die mikrobielle Gemeinschaft in der Rhizosphäre von P. oceanica zeigt eine ähnliche Komplexität wie terrestrische Lebensräume, die Tausende von Taxa pro Gramm Boden enthalten. Im Gegensatz dazu wurde die Chemie in der Rhizosphäre von P. oceanica durch das Vorhandensein von Zuckern wie Saccharose und Phenolen dominiert.

Zellwände

Strukturen sulfatierter Galactane aus Meeresorganismen
Sulfatierte Polysaccharidstrukturen von links nach rechts: Rotalge: Botryocladia occidentalis , Seegras: Ruppia maritima , Seeigel: Echinometra lucunter , Manteltier: Styela plicata

Die Zellwände von Seegras enthalten die gleichen Polysaccharide wie Zellulose , die auch in Angiospermen - Landpflanzen vorkommen. Die Zellwände einiger Seegräser sind jedoch durch sulfatierte Polysaccharide gekennzeichnet, was ein gemeinsames Attribut von Makroalgen aus den Gruppen der Rot- , Braun- und auch Grünalgen ist . Im Jahr 2005 wurde vorgeschlagen, dass marine Angiospermen die Fähigkeit zur Synthese sulfatierter Polysaccharide wiedererlangen. Ein weiteres einzigartiges Merkmal der Zellwände von Seegräsern ist das Vorkommen ungewöhnlicher pektischer Polysaccharide namens Apiogalacturonane .

Neben Polysacchariden sind Glykoproteine ​​der Familie der hydroxyprolinreichen Glykoproteine ​​wichtige Bestandteile der Zellwände von Landpflanzen. Die hoch glykosylierten Arabinogalactan-Proteine ​​sind wegen ihrer Beteiligung sowohl an der Wandarchitektur als auch an zellulären Regulationsprozessen von Interesse. Arabinogalactan-Proteine ​​sind allgegenwärtig in Samenlandpflanzen und wurden auch in Farnen , Lycophyten und Moosen gefunden . Sie sind strukturell durch große Polysaccharideinheiten gekennzeichnet , die aus Arabinogalactanen bestehen (normalerweise über 90 % des Moleküls), die kovalent über Hydroxyprolin an relativ kleine Protein/Peptid-Hauptketten (normalerweise weniger als 10 % des Moleküls) gebunden sind. Unterschiedliche Glykanmodifikationen wurden in verschiedenen Arten und Geweben identifiziert, und es wurde vermutet, dass diese die physikalischen Eigenschaften und Funktionen beeinflussen. Im Jahr 2020 wurden AGPs erstmals aus einem Seegras isoliert und strukturell charakterisiert. Obwohl die gemeinsame Rückgratstruktur von Arabinogalactan-Proteinen aus Landpflanzen erhalten bleibt, weisen die Glykanstrukturen einzigartige Merkmale auf, die auf eine Rolle von Arabinogalactan-Proteinen aus Seegras bei der Osmoregulation hindeuten .

Weitere Bestandteile pflanzlicher Sekundärwände sind vernetzte phenolische Polymere namens Lignin , die für die mechanische Festigkeit der Wand verantwortlich sind. In Seegräsern wurde dieses Polymer ebenfalls nachgewiesen, jedoch oft in geringeren Mengen im Vergleich zu Angiospermen-Landpflanzen. Somit scheinen die Zellwände von Seegräsern Kombinationen von Merkmalen zu enthalten, die sowohl von Angiospermen-Landpflanzen als auch von marinen Makroalgen bekannt sind, zusammen mit neuen Strukturelementen. Getrocknete Seegrasblätter könnten für die Papierherstellung oder als Isoliermaterial nützlich sein, daher ist das Wissen über die Zellwandzusammensetzung von gewisser technologischer Relevanz.

Bedrohungen und Naturschutz

Obwohl Seegräser nur 0,1 - 0,2 % der Meeresoberfläche bedecken, bilden sie lebenswichtige Ökosysteme. Ähnlich wie viele andere Regionen des Ozeans sind Seegräser mit einem sich beschleunigenden globalen Rückgang konfrontiert. Seit dem späten 19. Jahrhundert sind über 20 % der weltweiten Seegrasfläche verloren gegangen, wobei der Seegrasbettverlust jedes Jahr mit einer Rate von 1,5 % auftritt. Von den 72 weltweiten Seegrasarten könnte ungefähr ein Viertel (15 Arten) auf der Roten Liste der bedrohten Arten der IUCN als bedroht oder nahezu bedroht eingestuft werden. Zu den Bedrohungen gehören eine Kombination aus natürlichen Faktoren wie Stürmen und Krankheiten sowie anthropogenen Ursachen, einschließlich der Zerstörung von Lebensräumen, Umweltverschmutzung und Klimawandel.

Die mit Abstand häufigste Bedrohung für Seegras sind menschliche Aktivitäten. Bis zu 67 Arten (93 %) der Seegräser sind entlang der Küstenregionen von menschlichen Aktivitäten betroffen. Aktivitäten wie Küstenerschließung, Motorbootfahren und Fischereipraktiken wie Schleppnetzfischerei zerstören Seegraswiesen entweder physisch oder erhöhen die Trübung im Wasser, was zum Absterben von Seegras führt. Da Seegräser einige der höchsten Lichtanforderungen von Angiospermen - Pflanzenarten haben, werden sie stark von Umweltbedingungen beeinflusst, die die Wasserklarheit verändern und das Licht blockieren.

Seegräser werden auch durch die sich ändernden globalen klimatischen Bedingungen negativ beeinflusst. Erhöhte Wetterereignisse, der Anstieg des Meeresspiegels und höhere Temperaturen als Folge der globalen Erwärmung haben alle das Potenzial, weit verbreitete Seegrasverluste zu verursachen. Eine zusätzliche Bedrohung für Seegraswiesen ist die Einführung nicht heimischer Arten. Für Seegraswiesen haben sich weltweit mindestens 28 nicht heimische Arten etabliert. Von diesen invasiven Arten wurde für die Mehrheit (64 %) dokumentiert, dass sie negative Auswirkungen auf das Ökosystem ableiten.

Eine weitere Hauptursache für das Verschwinden von Seegras ist die Küsteneutrophierung . Die sich schnell entwickelnde menschliche Bevölkerungsdichte entlang der Küsten hat zu hohen Nährstoffbelastungen in Küstengewässern durch Abwässer und andere Auswirkungen der Entwicklung geführt. Erhöhte Nährstoffbelastungen erzeugen eine sich beschleunigende Kaskade direkter und indirekter Auswirkungen, die zum Rückgang des Seegrases führen. Während ein gewisser Kontakt mit hohen Nährstoffkonzentrationen, insbesondere Stickstoff und Phosphor , zu einer erhöhten Seegrasproduktivität führen kann, können hohe Nährstoffgehalte auch das schnelle Überwachsen von Makroalgen und Epiphyten in seichten Gewässern und Phytoplankton in tieferen Gewässern stimulieren. Als Reaktion auf hohe Nährstoffgehalte bilden Makroalgen dichte Überdachungen auf der Wasseroberfläche, die das Licht einschränken, das die benthischen Seegräser erreichen kann. Durch Eutrophierung verursachte Algenblüten führen ebenfalls zu hypoxischen Zuständen, für die auch Seegräser sehr anfällig sind. Da Küstensedimente im Allgemeinen anoxisch sind, muss Seegras seine unterirdischen Wurzeln entweder durch Photosynthese oder durch die Diffusion von Sauerstoff in der Wassersäule mit Sauerstoff versorgen. Wenn das Seegras umgebende Wasser hypoxisch wird, tun dies auch die Seegrasgewebe. Hypoxische Bedingungen wirken sich negativ auf das Wachstum und Überleben von Seegras aus, wobei Seegräser, die hypoxischen Bedingungen ausgesetzt sind, nachweislich eine verringerte Photosyntheserate, eine erhöhte Atmung und ein geringeres Wachstum aufweisen. Hypoxische Bedingungen können schließlich zum Absterben des Seegrases führen, wodurch ein positiver Rückkopplungszyklus entsteht , bei dem die Zersetzung organischer Stoffe die in der Wassersäule vorhandene Sauerstoffmenge weiter verringert.

Mögliche Verläufe der Seegraspopulation wurden im Mittelmeer untersucht . Diese Studien deuten darauf hin, dass das Vorhandensein von Seegras von physikalischen Faktoren wie Temperatur, Salzgehalt, Tiefe und Trübung sowie von natürlichen Phänomenen wie Klimawandel und anthropogenem Druck abhängt. Obwohl es Ausnahmen gibt, war die Regression in vielen Gebieten des Mittelmeers ein allgemeiner Trend. Seit den 1960er Jahren gibt es einen geschätzten Rückgang um 27,7 % entlang der Südküste Latiums , um 18 % bis 38 % im nördlichen Mittelmeerbecken, um 19 % bis 30 % an den ligurischen Küsten seit den 1960er Jahren und um 23 % in Frankreich in den letzten 50 Jahren. In Spanien war der Hauptgrund für den Rückgang auf menschliche Aktivitäten wie illegale Schleppnetzfischerei und Aquakultur zurückzuführen . Es wurde festgestellt, dass Gebiete mit mittlerem bis hohem menschlichem Einfluss eine stärkere Reduzierung erlitten. Insgesamt wurde vermutet, dass 29 % der bekannten flächenhaften Seegraspopulationen seit 1879 verschwunden sind. Der Rückgang in diesen Gebieten deutet darauf hin, dass, sollte sich die Erwärmung im Mittelmeerbecken fortsetzen, dies bis 2050 zu einem funktionellen Aussterben von Posidonia oceanica im Mittelmeer führen könnte. Wissenschaftler schlugen vor, dass die von ihnen identifizierten Trends Teil eines groß angelegten Trends weltweit zu sein scheinen.

Erhaltungsbemühungen sind für das Überleben von Seegrasarten unerlässlich. Während es in Bezug auf die Erhaltung von Seegras viele Herausforderungen zu bewältigen gibt, gibt es einige große, die angegangen werden können. Das gesellschaftliche Bewusstsein dafür, was Seegräser sind und welche Bedeutung sie für das menschliche Wohlbefinden haben, ist unglaublich wichtig. Da die Mehrheit der Menschen urbanisierter wird, ist sie zunehmend von der natürlichen Welt getrennt. Dies ermöglicht Missverständnisse und ein mangelndes Verständnis der Seegrasökologie und ihrer Bedeutung. Darüber hinaus ist es eine Herausforderung, Informationen über den Status und Zustand von Seegraspopulationen zu erhalten und zu pflegen. Bei vielen Populationen auf der ganzen Welt ist es schwierig, die aktuellen Populationen abzubilden. Eine weitere Herausforderung bei der Erhaltung von Seegras ist die Fähigkeit, bedrohliche Aktivitäten auf lokaler Ebene zu identifizieren. Außerdem besteht in einer ständig wachsenden menschlichen Bevölkerung die Notwendigkeit, die Bedürfnisse der Menschen auszugleichen und gleichzeitig die Bedürfnisse des Planeten auszugleichen. Schließlich ist es eine Herausforderung, wissenschaftliche Forschung zu generieren, um die Erhaltung von Seegras zu unterstützen. Dem Studium von Seegräsern werden begrenzte Anstrengungen und Ressourcen gewidmet. Dies zeigt sich in Gebieten wie Indien und China , wo es wenig bis gar keinen Plan gibt, um die Seegraspopulationen zu erhalten. Die Erhaltung und Wiederherstellung von Seegras kann jedoch zu 16 der 17 UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung beitragen .

In einer Studie zur Erhaltung von Seegras in China machten Wissenschaftler mehrere Vorschläge, wie man Seegras besser konservieren kann. Sie schlugen vor, dass Seegraswiesen wie in anderen Ländern in die chinesische Naturschutzagenda aufgenommen werden sollten. Sie forderten die chinesische Regierung auf, die Landgewinnung in Gebieten in der Nähe von oder in Seegraswiesen zu verbieten, die Anzahl und Größe von Kulturteichen zu reduzieren, die Floß-Aquakultur zu kontrollieren und die Sedimentqualität zu verbessern, Seegrasreservate einzurichten und die Fischer für Seegraswiesen zu sensibilisieren und politischen Entscheidungsträgern und zur Durchführung der Wiederherstellung von Seegras. Ähnliche Vorschläge wurden in Indien gemacht, wo Wissenschaftler darauf hinwiesen, dass öffentliches Engagement wichtig sei. Außerdem sollten Wissenschaftler, die Öffentlichkeit und Regierungsbeamte zusammenarbeiten, um traditionelles ökologisches Wissen und soziokulturelle Praktiken zu integrieren, um eine Naturschutzpolitik zu entwickeln.

Der Weltseegrastag ist eine jährliche Veranstaltung, die am 1. März stattfindet, um das Bewusstsein für Seegras und seine wichtigen Funktionen im Meeresökosystem zu schärfen.

Siehe auch

Verweise

Weitere Referenzen

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