Wer ist der größte Feinschmecker der Unterwelt? Das Nahrungsnetz der Bodentiere verrät es Ihnen

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Chang Liang, Zhang Sha (Northeast Institute of Geography and Agricultural Ecology, Chinesische Akademie der Wissenschaften) Qiao Yu (Yunxin Instrument Technology (Shanghai) Co., Ltd.)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um das Geheimnis der wissenschaftlichen und technologischen Arbeit zu lüften, hat Chinas Spitzentechnologieprojekt eine Artikelserie mit dem Titel „Ich und meine Forschung“ gestartet und Wissenschaftler dazu eingeladen, eigene Artikel zu schreiben, ihre wissenschaftlichen Forschungserfahrungen zu teilen und eine wissenschaftliche Welt zu schaffen. Folgen wir den Entdeckern an der Spitze von Wissenschaft und Technologie und begeben wir uns auf eine Reise voller Leidenschaft, Herausforderungen und Überraschungen.

Wenn wir durch einen üppigen grünen Wald schlendern oder durch ein goldenes Weizenfeld gehen, übersehen wir oft, dass sich unter unseren Füßen ein lebendiges „unterirdisches Königreich“ befindet, in dem eine Gruppe von „Feinschmeckern“ lebt – Bodentiere.

Obwohl sie winzig klein sind, spielen Bodentiere und ihre Nahrungsnetze eine wichtige Rolle für die Gesundheit von Ökosystemen.

Verwandeln wir uns heute in Sherlock Holmes und lösen das Rätsel, das sich in der geheimnisvollen Unterwelt abspielt: Wer frisst unter den Bodentieren wen?

Bodentiere unter dem Mikroskop

(Bildquelle: Eidg.WSL Forschungsinstitut)

Es gibt drei Arten von unterirdischen "Foodies", von denen die größten nur wenige Zentimeter groß sind

Bevor wir das unterirdische Rätsel „Wer hat wen gefressen?“ lösen, werfen wir einen Blick auf die an diesem Fall beteiligten „Parteien“:

Bodentiere werden „Esser“ genannt, weil sie beim Abbau von Materialien und der Wiederverwertung von Nährstoffen helfen, indem sie organische Stoffe, Mikroorganismen oder andere Tiere im Boden aufnehmen. Obwohl sie klein und unauffällig sind, sind sie für die Bodengesundheit und die Stabilität der Ökosysteme von entscheidender Bedeutung. Bodentiere können nach ihrer Größe unterteilt werden in:

1. Kleine Bodentiere: solche mit einer Körperbreite von weniger als 100 μm, einschließlich Fadenwürmer, Protozoen, Rädertierchen usw.;

2. Mittelgroße Bodentiere: mit einer Körperbreite zwischen 100μm und 2mm, darunter Milben, Springschwänze, Protozoen, Diplozoen, Regenwürmer usw.;

3. Große Bodentiere: Große Bodentiere sind solche mit einer Körperbreite von mehr als 2 mm, darunter Regenwürmer, Spinnen, Käfer, Lipopoden usw.;

Nahrungsnetze von Bodentieren sind ein wichtiges Bindeglied im Ökosystem. Obwohl sie klein sind, wirken sich ihre Aktivitäten direkt auf die Bodenfruchtbarkeit, das Pflanzenwachstum und die Stabilität des gesamten Ökosystems aus. Daher kann uns das Studium von Bodentieren dabei helfen, den Boden und seine Ökosysteme besser zu verstehen und zu schützen.

Gemeinsame Klassifizierung von Bodentieren

(Bildquelle: Paul E A., 2007)

Wie findet man diese „Feinschmecker“?

Allerdings sind die größten dieser „Feinschmecker“ nur wenige Zentimeter groß. Wie finden Wissenschaftler diese winzigen Lebewesen im Boden und untersuchen das Nahrungsnetz der Bodentiere?

Observieren, Verhaften und Sezieren sind einfache und grobe Methoden, aber sie reichen nicht aus, um den Fall zu lösen.

Wenn Sie schnell genug sind, ist die direkte Beobachtung im Feld zweifellos die intuitivste und schnellste Methode. Wissenschaftler müssen lediglich in Ruhe warten, bis sie Spuren dieser „Verdächtigen“ im Boden finden, und dann ihr Raubverhalten beobachten und erfassen. Allerdings ist diese Methode in der Regel nur auf große Bodentiere wie Spinnen und Regenwürmer anwendbar, die mit bloßem Auge gut erkennbar sind. Es ist ziemlich schwierig, diese winzigen oder tief im Boden versteckten Tiere direkt zu beobachten.

Spinnen jagen unterschiedliche Beute

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Neben der direkten Beobachtung in freier Wildbahn ist auch das Einfangen von Bodentieren und deren Überführung ins Labor zur Kultivierung und Beobachtung eine häufig verwendete Forschungsmethode. So wie wir zu Hause unsere Haustiere füttern, geben Wissenschaftler ihnen auch Futter und beobachten ihre Essgewohnheiten, um herauszufinden, was diese „Feinschmecker“ gerne essen. Auf diese Weise können sie die „Verdächtigen“ eingrenzen und auf ihre Position im Nahrungsnetz schließen.

Obwohl diese Methode intuitiv und effektiv ist, kann das Labor die natürliche Umgebung nicht vollständig simulieren. Daher kann nicht garantiert werden, dass die „Feinschmecker“ im Labor und in der freien Natur die gleichen Essgewohnheiten haben. Die Genauigkeit der experimentellen Beobachtungsmethode für den Indoor-Anbau muss noch weiter bestimmt werden.

Neben der direkten Beobachtung dessen, was diese „Feinschmecker“ essen und wie sie essen, besteht die direkteste Methode natürlich darin, die Bodentiere „ihre Unschuld beweisen“ zu lassen.

Durch die mikroskopische Analyse des Darminhalts können Wissenschaftler ihre hervorragenden „medizinischen Fähigkeiten“ nutzen, um diese Bodentiere zu sezieren und die Nahrungsreste in ihren Mägen unter dem Mikroskop sorgfältig zu untersuchen, um festzustellen, was sie gefressen haben.

Mithilfe dieser Methode können Wissenschaftler die Essgewohnheiten dieser kleinen Tiere genau nachvollziehen. Der Darminhalt kann jedoch nur widerspiegeln, was das Tier kürzlich gefressen hat, und einige leicht verdauliche Nahrungsmittel werden möglicherweise ignoriert, sodass diese Methode anfällig für „Fehlurteile“ ist.

Mikroplastik im Darm von Regenwürmern

(Bildquelle: Ke Meng et al., 2023)

Wer hat wen gefressen? Chemische Mittel zur „Lösung des Falles“

Alle oben genannten Methoden bestimmen das Nahrungsnetz durch Beobachtung des Fressverhaltens von Bodentieren, sie alle unterliegen jedoch gewissen Einschränkungen. Aus diesem Grund dachten die Wissenschaftler darüber nach, bei den Nahrungsmitteln anzusetzen, die Feinschmecker zu sich nehmen, und entwickelten einige effizientere und genauere Methoden zur Erforschung des Nahrungsnetzes.

Die Verdauungsenzymanalyse ist eine Methode, um durch die Analyse der in ihnen enthaltenen Verdauungsenzyme Rückschlüsse auf die Ernährungsgewohnheiten von Bodentieren zu ziehen. Bei Tieren gibt es verschiedene Arten von Verdauungsenzymen, die jeweils für die Verdauung einer oder mehrerer Nahrungsmittelarten verantwortlich sind. Daher ist diese Methode wie die Verwendung eines Schlüssels zum Öffnen eines Schlosses und ermöglicht uns ein tieferes Verständnis der Essgewohnheiten dieser Bodentiere. So haben Untersuchungen ergeben, dass die Verdauungsenzyme des Regenwurms Eisenia fetida vor allem der Zersetzung von Pflanzenresten dienen, was darauf hindeutet, dass er sich von Pflanzen ernährt.

Wie Verdauungsenzyme haben auch verschiedene Nährstoffe unterschiedliche Eigenschaften. Durch die Untersuchung des Nährstoffgehalts der gefundenen Substanzen können wir feststellen, was die Bodentiere gefressen haben.

Nehmen wir als Beispiel Fettsäuren. Da Fettsäuren nach der Verdauung nicht vollständig abgebaut und grundsätzlich unverändert aufgenommen werden, können sie durchaus die Nahrungsquelle widerspiegeln. Auf Grundlage dieser Eigenschaft analysieren Wissenschaftler mithilfe der Fettsäureanalyse den Gehalt und die Art der Fettsäuren in Bodentieren und bestimmen dann durch Vergleich der Fettsäurezusammensetzung verschiedener Bodentiere, „wer“ „wen“ frisst. Dadurch wird der Stofftransportweg im Nahrungsnetz geklärt.

Neutralfettsäureextraktionsverfahren von Bodentieren (Springschwänzen)

(Bildquelle: Scheu Gruppe)

Die Stabilisotopentechnologie übernimmt die Rolle eines „Detektivs“ und kann die Nahrungsbeziehungen zwischen Bodentieren aufdecken, indem sie die Übertragung und Veränderung stabiler Isotope in der Nahrungskette verfolgt. Es ist, als würden wir den Verdächtigen finden, indem wir den Hinweisen eines Falls folgen. Wissenschaftler analysieren Kohlenstoff- und Stickstoffisotope von Bodentieren, um deren Nahrungsquellen und trophische Ebenen zu bestimmen. Dieser Ansatz deckt nicht nur Nahrungsbeziehungen zu einem bestimmten Zeitpunkt auf, sondern ermöglicht uns auch, die langfristigen Folgen des Materialtransfers in Nahrungsnetzen zu verstehen.

Stabile Isotopenanalyse von pflanzenfressenden Schnellkäferlarven und Spinnen

(Bildquelle: Michael Traugott et al., 2013)

Wenn Feinschmecker einen Personalausweis haben: DNA zeichnet das Nahrungsnetz nach

Mit Beginn des 21. Jahrhunderts haben Wissenschaftler im Zuge der rasanten Entwicklung der Molekularbiologie eine neue Forschungsmethode entwickelt: die Nahrungskettennetzwerktechnologie zur Verfolgung von DNA-Molekülen.

Diese Methode nutzt die Spezifität der DNA, um Nahrungsbeziehungen zwischen Bodentieren zu verfolgen …

Stellen Sie sich vor, jedes Bodentier sei wie ein Individuum mit einem einzigartigen „Personalausweis“, und die DNA sei die Information auf diesem „Personalausweis“. Durch die Lektüre dieser Informationen können Wissenschaftler verstehen, was diese Bodentiere fressen und in welcher Beziehung sie zueinander stehen.

Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Technologien zur molekularen Artenidentifizierung und der Ansammlung von Datenbanken wird sich die Technologie zur molekularen Verfolgung von Nahrungskettennetzwerken durch DNA in Zukunft zur gängigen Methode für die Untersuchung von Nahrungsnetzen von Bodentieren entwickeln. Durch die Untersuchung der Nahrungsnetze der Tiere im Boden gewinnen wir nicht nur ein tieferes Verständnis für die Geheimnisse der unterirdischen Welt, sondern gewinnen auch neue Ideen und Methoden zum Schutz der ökologischen Umwelt.

Wir haben Grund zu der Annahme, dass diese geheimnisvolle unterirdische Welt in naher Zukunft klarer und interessanter wird.

Multiplex-PCR-Nachweis von Getreideschädlingen in gemäßigten Zonen

(Bildquelle: Michael Traugott et al., 2013)

Durch die Untersuchung der Nahrungsnetze der Tiere im Boden gewinnen wir nicht nur ein tieferes Verständnis für die Geheimnisse der unterirdischen Welt, sondern gewinnen auch neue Ideen und Methoden zum Schutz der ökologischen Umwelt. Schenken wir dieser geheimnisvollen unterirdischen Welt unsere Aufmerksamkeit und tragen wir mit unserer Kraft zum harmonischen Zusammenleben unseres Heimatplaneten bei!

(Bildquelle: Pexels)

Quellen:

1. Cui Ying. 2012. Studie zum Materialfluss in Chinas Küstenökosystemen basierend auf stabilen Isotopen und Fettsäurezusammensetzung (Doktorarbeit). Shanghai: Pädagogische Universität Ostchina.

2.Donovan SE, Eggleton P, Bignell D E. Darminhaltsanalyse und eine neue Fütterungsgruppenklassifizierung von Termiten[J]. Ökologische Entomologie, 2001, 26(4): 356-366.

3.Berg MP, Stoffer M, van den Heuvel H H. Fütterungsgilden bei Collembola basierend auf Verdauungsenzymen[J]. Pedobiologia, 2004, 48(5-6): 589-601.

4. Ma Xiuhui, Wang Zhijian. DNA-basierte Methoden und ihre Anwendung bei der Untersuchung der Zusammensetzung von Tiernahrung[J]. Sichuan Animal Science, 2012, 31(3): 497-503.