Seen im Jahresverlauf und Kohlenstoffkreislauf

Seen haben verschiedene Temperaturschichten: Das warme Epilimnion $18-22°C$, das Metalimnion mit starkem Temperaturgefälle und das kalte Hypolimnion (4°C). Im Sommer gibt's eine stabile Schichtung ohne Durchmischung - die Sommerstagnation.

Im Herbst kühlt sich das Oberflächenwasser ab, wird dichter und sinkt nach unten. Wind hilft dabei, das Wasser zu durchmischen - das ist die Herbstzirkulation, die für den Austausch zwischen den Schichten sorgt.

Der Kohlenstoffkreislauf funktioniert über Gasaustausch mit der Atmosphäre, Fotosynthese der Pflanzen und Atmung der Lebewesen. Phytoplankton nimmt CO₂ auf, Fische fressen das Plankton und scheiden organisches Material aus, das dann zersetzt wird.

Merksatz: Die Zirkulation im Herbst und Frühling ist lebenswichtig für den See, weil sie Nährstoffe und Sauerstoff verteilt!

Meiose 2 - Anaphase und Telophase

Die Meiose 2 ist der zweite Teil der Keimzellbildung und funktioniert fast wie eine normale Mitose. In der Anaphase 2 werden die Schwester-Chromatiden endlich voneinander getrennt und zu den Polen gezogen - jetzt hat jede Seite nur noch ein Chromatid pro Chromosom.

Die Telophase 2 räumt dann auf: Die DNA dekondensiert wieder, neue Kernhüllen bilden sich um die Chromosomen und der Spindelapparat löst sich auf.

Merkhilfe: Nach Meiose 2 entstehen aus 2 haploiden Zellen mit je 23 Zwei-Chromatid-Chromosomen insgesamt 4 haploide Gameten mit je 23 Ein-Chromatid-Chromosomen!

Das Endergebnis: Vier verschiedene Geschlechtszellen (Spermien oder Eizellen) mit jeweils nur einem Chromosomensatz - perfekt für die Befruchtung.

DNA-Aufbau und Mitose

DNA besteht aus Nukleotiden - das sind die Bausteine mit einer Phosphatgruppe, einem Zucker (Desoxyribose) und einer Base (A, T, G oder C). Ohne Phosphat heißt das Nukleosid. Die beiden DNA-Stränge verlaufen antiparallel und sind durch Wasserstoffbrücken verbunden.

Bei der Mitose teilt sich eine Zelle in zwei identische Tochterzellen. In der Interphase verdoppelt sich das Erbgut durch DNA-Replikation - aus jedem Chromosom wird ein Zwei-Chromatid-Chromosom.

Die Prophase startet mit der Kondensation des Chromatins zu sichtbaren Chromosomen. Der Zellkern löst sich auf und der Spindelapparat entsteht. In der Prometaphase ordnen sich die Chromosomen in der Äquatorialebene an.

Wichtig: Menschen haben 46 Chromosomen (23 Paare) - jede Tochterzelle bekommt alle 46, aber nur ein Chromatid von jedem!

Stickstoffkreislauf

Stickstoff ist mega wichtig für DNA, Chlorophyll und Aminosäuren, aber die 80% N₂ in der Luft können Pflanzen nicht direkt nutzen. Deshalb brauchen wir den Stickstoffkreislauf.

Stickstofffixierung: Spezielle Bakterien spalten die starke N₂-Bindung auf und machen Ammonium (NH₄⁺) daraus. Bei der Nitrifikation verwandeln aerobe Bakterien das NH₄⁺ in Nitrat (NO₃⁻) - das können Pflanzen endlich verwenden!

Denitrifikation läuft rückwärts: Unter Sauerstoffmangel gewinnen Bakterien O₂ aus Nitrat und machen wieder N₂ draus. Ammonifikation setzt aus toten Organismen wieder NH₄⁺ frei.

Achtung: Bei Sauerstoffmangel entsteht giftiges Ammoniak (NH₃) - deshalb ist die Belüftung in Gewässern so wichtig!

Mitose-Phasen und Meiose-Grundlagen

In der Metaphase ordnen sich alle Chromosomen schön in der Mitte (Äquatorialebene) an - daher der Name. Bei der Anaphase werden die Chromatiden zu den Polen gezogen, sodass jede Seite die gleiche Anzahl bekommt.

Die Telophase baut neue Zellkerne auf: Kernhüllen entstehen, Chromosomen dekondensieren und der Spindelapparat verschwindet. Bei der Zytokinese schnürrt sich die Zelle komplett durch.

Die Meiose ist anders - sie reduziert die Chromosomenzahl von diploid $2n = 46$ auf haploid $1n = 23$. Wir haben 23 Chromosomenpaare: einen Satz von Mama, einen von Papa. Ziel ist es, Gameten (Spermien und Eizellen) mit nur einem Chromosomensatz zu produzieren.

Eselsbrücke: Mitose = identische Kopien, Meiose = halbierte Chromosomenzahl für die Fortpflanzung!

Meiose-Überblick und Meselson-Stahl-Experiment

Die Meiose verwandelt eine diploide Mutterzelle (46 Chromosomen) in vier haploide Gameten (je 23 Chromosomen). Dazwischen liegt die DNA-Replikation in der S-Phase, wo sich alle Chromosomen verdoppeln.

Meselson und Stahl wollten beweisen, wie DNA sich kopiert. Sie hatten drei Hypothesen: konservativ, semikonservativ oder dispersiv. Ihre Bakterien wurden mit schwerem Stickstoff (N¹⁵) gefüttert, dann auf leichten (N¹⁴) umgestellt.

Nach der ersten Teilung $F1-Generation$ fanden sie nur eine mittlere Bande - ein Mix aus schwer und leicht. Das schloss die konservative Replikation aus. Nach der zweiten Teilung (F2) gab's zwei Banden: eine mittlere und eine leichte.

Ergebnis: Die DNA-Replikation ist semikonservativ - jeder neue Strang besteht aus einem alten und einem neuen Einzelstrang!

Meselson-Stahl-Experiment und Ökosystem See

Die Zentrifugation trennt DNA-Moleküle nach Gewicht in einer Salzlösung. Das Experiment bewies eindeutig die semikonservative Replikation: Jeder DNA-Strang dient als Vorlage für einen neuen Komplementärstrang.

Die F1-Generation zeigte eine einzige mittlere Bande $N¹⁴-N¹⁵-Mix$, die F2-Generation zwei Banden (mittlere und leichte). Um die dispersive Replikation auszuschließen, trennten sie die F1-DNA - es entstanden klar getrennte Banden statt eines Gemischs.

Seen gliedern sich in verschiedene Zonen: Das Litoral (Uferzone), Pelagial (Freiwasserzone) und Benthal (Bodenzone). Vertikal gibt's Epilimnion (Nährschicht), Metalimnion (Sprungschicht) und Hypolimnion (Zehrschicht).

Zonierung: Jede Zone hat ihre eigenen Lebensbedingungen - von der sonnigen Uferzone bis zum dunklen Tiefenboden!

Befruchtung und Meiose 1

Nach der Befruchtung verschmelzen Spermium und Eizelle zur Zygote mit 46 Chromosomen (23 Paare). Jeder Gamet liefert ein Exemplar jedes Chromosoms - so entstehen die homologen Chromosomenpaare.

Meiose 1 ist die Reduktionsteilung, die die Chromosomenzahl halbiert. In der Prophase 1 kondensiert das Chromatin, Zellkern löst sich auf und der Spindelapparat entsteht. Das Besondere: Synapsis - homologe Chromosomen heften sich zusammen!

Metaphase 1: Die Chromosomenpaare reihen sich in der Mitte auf. Anaphase 1: Die ganzen Chromosomen (nicht die Chromatiden!) werden getrennt und zu den Polen gezogen. Telophase 1: DNA dekondensiert, neue Zellkerne entstehen.

Wichtiger Unterschied: Bei Meiose 1 werden ganze Chromosomen getrennt, nicht die Chromatiden wie bei Mitose!

Meiose 1 und 2 im Vergleich

Meiose 1 reduziert eine diploide Mutterzelle (46 Chromosomen) zu zwei haploiden Tochterzellen $je 23 Zwei-Chromatid-Chromosomen$. Zwischen Meiose 1 und 2 gibt's keine Interphase mit DNA-Replikation!

Meiose 2 ist die Äquationsteilung - wie eine normale Mitose, nur mit haploiden Zellen. Prophase 2: DNA kondensiert, Zellkern löst sich auf, Spindelapparat entsteht - aber keine Synapsis, weil keine homologen Chromosomen mehr da sind.

Metaphase 2: Die 23 Chromosomen ordnen sich einzeln in der Mitte an (nicht als Paare wie in Meiose 1).

Endergebnis: Aus einer diploiden Zelle entstehen vier genetisch verschiedene, haploide Gameten - perfekt für die sexuelle Fortpflanzung!

Trophiegrade und Jahresverlauf von Seen

Oligotrophe Seen sind nährstoffarm mit klarem, blau-grünem Wasser und tiefen Becken. Die Uferzone ist klein, es gibt wenig Algen und weiße Zuckmückenlarven als Zeigertiere. Eutrophe Seen sind nährstoffreich, flach und trüb mit massiven Algenblüten und roten Zuckmückenlarven.

Winterstagnation: Der See friert nur oben zu, weil Eis weniger dichte hat als Wasser. Am Boden herrschen konstante 4°C - keine Durchmischung möglich.

Frühlingszirkulation: Wenn das Eis schmilzt, sinkt das dichtere Schmelzwasser ab und verdrängt das Tiefenwasser. Wind hilft bei der Durchmischung aller Wasserschichten.

Umkippen: Eutrophe Seen können durch Sauerstoffmangel "umkippen" - dann stirbt fast alles Leben ab!