Warum sind Phosphor oder Stickstoff keine limitierenden Nährstoffe für Tiere?

Stickstoff und Phosphor sind normalerweise die limitierenden Nährstoffe für Pflanzen, insbesondere für Algen. Phosphor wird für DNA, ATP und Phospholipide verwendet, und Stickstoff wird für so ziemlich jedes Protein verwendet, das eine Zelle produzieren möchte. Das heißt, ihr Bedarf an biologischen Prozessen ist nicht speziell an die Photosynthese gebunden: Alles, was lebt, wird sie brauchen, so ziemlich für alles, was es tun möchte. Es wäre sinnvoll, wenn sie ein limitierender Nährstoff für fast alles sind, was zu wachsen versucht, sei es für Pflanzen oder Tiere.

Doch für Tiere scheint der begrenzende "Nährstoff" immer Energie zu sein, dh: Nahrung. Warum sind Tiere nicht wie Pflanzen durch Nährstoffmangel eingeschränkt? Natürlich brauchen auch Tiere diese Nährstoffe. Oder um die Frage umzukehren, warum brauchen Pflanzen so viel mehr Phosphor/Stickstoff als Tiere?

Meine beste Vermutung ist, dass die Verdauung von Pflanzenmaterial durch ein Tier relativ ineffizient in Bezug auf Energie, aber relativ effizient in Bezug auf Nährstoffe ist. Damit ein Tier also genug Nahrung zu sich nimmt, um genügend Energie zum Überleben zu haben, hat es wahrscheinlich mehr als genug Stickstoff und Phosphor für seinen Bedarf gefressen. Aber ich vermute nur und kann keine Daten finden, die diese Vermutung stützen würden.

Eher ein Gedanke: Ich denke, es liegt daran, dass Pflanzen an einen Ort gebunden sind. Sie müssen aufnehmen, was der Boden enthält, auf dem sie wachsen. Tiere auf der anderen Seite haben diese Einschränkung nicht und da sie sich entweder von Pflanzen (die dann diese Substanzen in sich haben) oder anderen Tieren ernähren, haben sie dieses Problem nicht. Für eine Reihe von Tieren können Salze jedoch ein Problem darstellen.
Schöner Gedanke, aber nicht alle Pflanzen sind statisch. Denken Sie an Algen, die in den Ozeanen schwimmen und von Strömungen getragen werden. Sie schwimmen nicht gerade gegen die Strömung, aber das Zooplankton, das sich von ihnen ernährt, auch nicht. Ich glaube jedoch nicht, dass Zooplankton so direkt nährstoffbegrenzt ist, wie es Algen eindeutig sind.
Stimmt. Die Frage ist, ob Algen dies als Einschränkungen haben.
Aus Wikipedia: "Süßwasseralgenblüten sind das Ergebnis eines Überschusses an Nährstoffen, insbesondere einiger Phosphate" ( en.wikipedia.org/wiki/Algal_bloom#Freshwater_algal_blooms ). Also ja, Algen sind genauso nährstoffbegrenzt wie Landpflanzen.

Antworten (3)

Phosphor

Ihr Vorschlag, dass wir genug bekommen, wenn wir unseren Kalorienbedarf decken, trifft auf Phosphor zu. Die meisten Lebensmittel enthalten viel Phosphor. Der maximale Nahrungsbedarf tritt während des heranwachsenden Wachstums auf und wird auf 1250 mg pro Tag geschätzt. Ausgehend von einer Kalorienaufnahme von 2500 kcal können wir für verschiedene Lebensmittel einen äquivalenten Phosphorgehalt von 2500 kcal berechnen:

Magermilch enthält 7.400 mg Phosphor pro 2500 kcal

Gebratene Hähnchenbrust enthält 7.500 mg Phosphor pro 2500 kcal

gekochter weißer Reis enthält 3840 mg pro 2500 kcal

(Berechnungen basieren auf Werten, die über diese Website erhalten wurden .)

Stickstoff

Unser Bedarf an Stickstoff wird durch unsere Proteinzufuhr gedeckt: Eine unzureichende Proteinzufuhr manifestiert sich als Kwashiorkor , was im Wesentlichen auf einen Mangel an essentiellen Aminosäuren in der Nahrung zurückzuführen ist. Mit anderen Worten, die einzige Möglichkeit, eine stickstoffarme Ernährung zu erreichen, besteht darin, kein Protein zu essen, und dies würde durch keine anorganische Stickstoffquelle gemildert, selbst wenn wir genug von einer solchen N-Quelle zu uns nehmen könnten.

Danke! Zahlen helfen immer, tatsächlich zu bestimmen, was los ist :) Ich nehme an, im Grunde ist es eine Folge der Thermodynamik: Materie wird während der Proteinsynthese und -verdauung konserviert, Energie jedoch nicht. Sie können ein Protein nicht zerlegen und die gesamte (oder sogar den größten Teil) der Energie zurückgewinnen, die für den Aufbau erforderlich ist. Aber Sie können die meisten Aminosäuren zurückgewinnen, die zum Aufbau verwendet wurden.

Wie Sie bereits erwähnt haben, sind N und P Hauptbestandteile wichtiger Biomoleküle. In Sterner & Elser, ökologische Stoichiometrie, 2002, zeigt Abb. 2.2 den Anteil von N und P in Biomolekülen. Wie Sie sich vorstellen können, sind diese Biomoleküle wichtig und erfordern die Aufnahme von P- und N-Formen, damit ein Organismus funktioniert.

Tiere sind durch Nährstoffe wie Stickstoff (N) und Phosphor (P) begrenzt. Aus ökologischer Sicht sind viele Aspekte des Lebens eines Organismus und in der Folge dessen Evolution von Nährstofflimitierung betroffen. Beispielsweise kann die Brutmasse einer Wasserschnecke durch eine geringe Menge an Nahrungs-P begrenzt werden (Tibbets et al., Phosphorus-mediated changes in life history traits of the invasive New Zealand mudsnail (Potamopyrgus antipodarum) 2010). Ein weiteres Beispiel ist das Wachstum von Flusskrebsen, das durch eine Behandlung mit niedrigem P-Gehalt begrenzt wird (Danger et al., Phosphorus content in detritus controls life-history traits of a detritivore, 2013).

Es gibt sogar ein Verhältnis der Elemente, die Tiere benötigen, um in einer Umgebung zu überleben/zu wachsen, ein Schwellenelementverhältnis. Das Schwellenelementverhältnis ist oft ein Verhältnis von Kohlenstoff zu Nährstoff (dh N oder P); verschiedene Kladen/Spezies haben unterschiedliche Verhältnisse (siehe Abbildung 2 in Frost et al., Threshold elemental ratios of carbon and phosphorus in waterconsumers, 2006). An Tiere zu denken, die ihre Energie aus der Nahrung beziehen, ist zu einfach.

Betrachten Sie dieses einfache Beispiel; wir Menschen benötigen Protein, um richtig zu funktionieren; ein 150 Pfund schwerer Erwachsener – der etwa 55 Gramm Protein pro Tag benötigt (dies sind Schätzungen, ich bin kein Ernährungswissenschaftler). Diese Person kann ungefähr eine Hähnchenbrust essen und diesen Tagesbedarf decken, oder sie kann 25 Unzen Kartoffelchips essen, um dies zu erreichen. Wenn sie nur Kartoffelchips zur Verfügung haben, haben sie eine N-limitierende Ernährung. Natürlich haben Pflanzen und Tiere unterschiedliche Anforderungen an Energie, aber Tiere sind genau wie Pflanzen durch Nährstoffe begrenzt.

https://www.jstor.org/stable/40864578 https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2435.12079?__cf_chl_jschl_tk__=pmd_j7iq6cCQINSFmxVZ.Cvds9jOQmS2OHgpvYjw1t.gTU8-1635260689-0-gqNtZGzNAjujcnBszQvR https:// onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1461-0248.2006.00919.x?__cf_chl_jschl_tk__=pmd_g7eFplMHGUViCzJfN9vFQvHm4vmZabdJLJLo180WrCc-1635260692-0-gqNtZGzNAlCjc

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Aus dem Kopf:

  • Pflanzen sind photosynthetisch, haben also unbegrenzten Zugang zu Energie. Wenn ein Tier unbegrenzten Zugang zu Energie hätte, hätte es wahrscheinlich Stickstoff oder Phosphor oder etwas anderes als limitierenden Nährstoff.
  • Tiere fressen Pflanzen und/oder sich gegenseitig. Was auch immer Tiere fressen, es wird mehr oder weniger genügend Protein/Fett/Nukleinsäuren usw. enthalten, um den Mindesternährungsbedarf zu decken. Wie in Chris' Kommentar erwähnt, kann es einige artspezifische Einschränkungen geben, wie die Verfügbarkeit von Salz in einer Pflanzenfresser-Diät oder der Bedarf des Menschen an einer externen Vitamin-C-Quelle.
Leichter Zugang kann jedoch sehr leicht ein einschränkender Faktor sein. Ältere Waldböden haben zum Beispiel aus genau diesem Grund wenig Unterholz. In Situationen, in denen es zu einer Algenblüte kommt, ist die Wasseroberfläche im Wesentlichen undurchsichtig. Doch in den meisten Ökosystemen (sicherlich gemäßigte/tropische Ozeane) wird die gesamte Biomasseproduktion der Produzenten nicht durch Licht, sondern durch Nährstoffe begrenzt. Wenn Tiere während der Verdauung energieeffizient, aber nährstoffineffizient wären, wäre es ebenso denkbar, dass Nährstoffe einschränkender wären als Energie.
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