Gibt es einen grundsätzlichen Grund dafür, dass Pflanzen ihren eigenen Stickstoff nicht binden können?

Pflanzen brauchen Stickstoff zum Wachsen. Laut der Antwort auf diese Frage gibt es keine Pflanzen, die ihren eigenen Stickstoff (ohne die Hilfe von Bakterien) fixieren können.

Pflanzen erhalten ihren Stickstoff in Form von Nitraten (NO 3 -) oder Ammoniak (NH 4 +). Nitrate und Ammoniak gelangen dadurch in den Boden

  • Blitzschlag (wodurch sich N 2 und O 2 zu NO verbinden, das dann mit atmosphärischem Wasser reagiert und durch Regen auf die Erde gebracht wird)
  • stickstofffixierende Bakterien, die mit Leguminosen assoziiert sind
  • gebundener Stickstoff aus abgestorbenen Pflanzen/Tieren (Ammonifikation), Urin etc.
  • ammonifizierende und andere Bakterien

Die Antwort besagt auch, dass es möglich zu sein scheint, Pflanzen so zu konstruieren, dass sie Stickstoff fixieren können.

Man könnte also meinen, Pflanzen könnten sich entwickelt haben , um Stickstoff zu fixieren, taten es aber nicht. Vielleicht ist es einfach nicht passiert, basierend auf seiner Wahrscheinlichkeit, dass es passiert.
Gibt es eine andere Erklärung?

Vielleicht würde die Fähigkeit, Stickstoff zu fixieren, eine schädliche Wirkung auf Pflanzen haben? Oder erfordert die Fixierung einen komplexen Satz verwandter Mutationen? Gibt es genügend Flächen mit nitratarmem Boden, um einen Selektionsdruck für stickstofffixierende Pflanzen auszuüben?

Habe deine Frage etwas bearbeitet. Fühlen Sie sich frei, einen Rollback durchzuführen, wenn Sie der Meinung sind, dass die Änderung von Ihrer Absicht ablenkt. :-)

Antworten (3)

Das ist eine interessante Frage. Aber es ergeben sich einige analoge Gedankengänge, z. B. warum sich die Menschen nicht weiterentwickeln, um ihr eigenes ATP ohne Mitochondrien zu produzieren? (Ich meine natürlich Eukaryoten im Allgemeinen). Ich sehe keinen Grund, warum mehrzellige Organismen keine bakterielle Funktionalität integrieren können, entweder wie es bei Mitochondrien der Fall ist, oder nur als separater Zelltyp, der wünschenswerte enzymatische Reaktionen liefert.

Die Antwort, so unbefriedigend sie auch sein mag, könnte einfach sein: weil es so passiert ist. Wir können auf jeden Fall experimentelle Bedingungen schaffen, denen N-fixierende Bakterien sowie unterschiedliche Mengen an Nitraten, Nitriten usw. fehlen. Dann produzieren und screenen wir eine Reihe von Mutanten auf die Fähigkeit, Stickstoff ohne symbiotische Partner zu fixieren.

Ich denke nicht, dass es eine unbefriedigende Antwort wäre, zu dem Schluss zu kommen, dass es mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit so oder so hätte passieren können, und das zufällige Ergebnis war, dass dies nicht der Fall war – ohne bekannte Mechanismen, die die Wahrscheinlichkeit beeinflussen.
Ich glaube, dass es in der Biologie viele Dinge gibt, die einfach sind. aber eine solche Antwort ist für meinen Geschmack immer unzureichend. zum Beispiel, warum die DNA so gewunden ist und nicht umgekehrt, oder andere. Im Falle von Stickstoff war es vielleicht einfacher, dass zwei verschiedene spezialisierte Organismen zusammenleben, als dass einer von ihnen einige besondere Eigenschaften annimmt.
DNA ist in der Typ-B-Doppelhelix gewickelt, da dies normalerweise die niedrigste verfügbare Energiekonformation ist. Es gibt fast immer einen guten Grund, warum etwas passiert, vielleicht ist es für die Stickstofffixierung nicht bekannt, aber der Grund ist wahrscheinlich vorhanden. Siehe en.wikipedia.org/wiki/…
Ich meinte Rechts- und Linkshändigkeit der Helix oder Chiralität von Glukose (Bakterien fressen nur D-Glu)

Die naheliegendste Antwort auf Ihre Frage ist, dass das für die Stickstofffixierung verantwortliche Enzym durch Sauerstoff inaktiviert wird. Die Photosynthese, die Sauerstoff produziert, schließt also die Stickstofffixierung aus, und wie Sie wissen, betreiben Pflanzen Photosynthese.

Sie könnten jedoch spezialisierte Zellen für die Stickstofffixierung entwickelt haben, die keine Photosynthese betreiben. Tatsächlich bilden einige koloniale Cyanobakterien, die Photosynthese betreiben, solche spezialisierten Zellen, die Heterozysten genannt werden.

Warum haben Pflanzen also keine so spezialisierten Zellen entwickelt? Ich denke, eine grundlegende Antwort auf diese Frage würde sich auf die Evolutionstheorie der Spezialisierung berufen, die besagt, dass die Spezialisierung auf eine Sache auf Kosten der Fähigkeit, etwas anderes zu tun, gewählt wird, wenn der Kompromiss konvex ist, dh wenn Sie wirklich gut sein können nur bei einer Sache, und beides zu können impliziert, dass Sie eigentlich beides ziemlich schlecht können.

Ich hoffe, das bringt Sie dazu, den grundlegenden Grund zu finden, nach dem Sie suchen.

Interessante Antwort. Können Sie bitte einige Referenzen hinzufügen?
Bei einigen Arten von Cyanobakterien findet eine Stickstofffixierung statt, was unmöglich wäre, wenn Ihre Hypothese richtig ist.
@MarchHo, gibt der zweite Satz des zweiten Absatzes meiner Antwort keinen Grund an, warum dies möglich ist ? Das heißt, sie schaffen anaerobe Verhältnisse in spezialisierten Zellen, die keine Photosynthese betreiben, wo die N2-Fixierung stattfindet, und trennen so die beiden Prozesse?
@Chris, ich wurde an der Uni über Heterozysten und die Hemmung der N-Fixierung durch O2 unterrichtet. Ich habe keine Referenzen dafür bereit. Sie können darüber bei Wikipedia nachlesen, aber ich würde mich nicht auf Wikipedia beziehen, um Behauptungen zu untermauern. Die Evolutionstheorie habe ich von Adaptive Dynamics, siehe zB Abb. 2.2 dieses Buches . Wenn ich Zeit habe, werde ich Refs hinzufügen.

Ich glaube, dass die Evolution von den Bedürfnissen des Organismus angetrieben wird, sich anzupassen, nicht von der Notwendigkeit, sich an den menschlichen Verzehr anzupassen. Das bedeutet, dass ein Teil des Stickstoffs durch die Wirkung der Natur in den Boden zurückkehrt, z. B. die Fixierung von Stickstoff während Stürmen und wenn sich Fäkalien im Boden zersetzen, und diese liefern meiner Meinung nach genügend Stickstoff für ein normales Pflanzenwachstum, sodass die Pflanze nicht „gezwungen“ wird, sich anzupassen Sagen wir einen Mangel an Stickstoff, aber für Menschen nehme ich an, dass das Land durch die Landwirtschaft "erschöpft" wird und wir Düngemittel brauchen, aber Pflanzen haben sich nicht entwickelt, weil ich annehme, dass es keinen dringenden Bedarf dafür gab. Das ist meine eigene Meinung, vorausgesetzt, ich habe Ihre Frage verstanden